论文部分内容阅读
如果有人对你说，火箭群可在手掌上发射，你一定会把它当成梦呓。可是这却是真实的事情。据英国《新科学家》杂志报道，美国洛杉矶空军某基地试验室的科研人员正在研究一种超微型火箭，它们的尺寸不到2mm。那么小的火箭干什么用?专家说，它的用途可大着呢!甚至会引发一场卫星使用方面的革命。
今天的各种卫星巨大而昂贵，如常用的通信卫星，就是一个5吨的巨物，它们的发射、运行，费用之高，可想而知。若此庞然大物用一群小型卫星取而代之，这将节省大笔资金。这些卫星的单个重量仅几公斤，因此它们廉价得多，机动得多，既可服务于通信，也可作为监视地球和空间的手段。
因此，美国国防先进研究所资助莱惠斯科研小组350万美元，希望优先获取其研究成果。莱惠斯的超微型火箭跟传统的火箭大不一样，倒是跟硅芯片技术师出同门。莱惠斯说，他们拟将几百万只超微型火箭镶嵌在一块硅晶片上，你可以取得任意量的火箭推力，从一个火箭的喷气到几百万只的一齐爆发，这可从一次仅点燃一只火箭，或一下点燃大群火箭即可实现。
一些科学家相信，这些奇妙的超微型火箭——装在芯片上的火箭，除了用于上述小卫星外，还可供微小的机器昆虫和尘粒型传感器以动力。特别是后者，它可在人们一点也不察觉的情况下，监视敌军坦克车辆的调动；也可悬浮于空气之中，以探测龙卷风和风暴内部的大气活动。这些都是气象界目前想做而很难做到的事情。
目前，火箭技术界大都在小型火箭方面下功夫，但那仅是一般火箭的小型化而已，其缺点是小型阀门容易泄漏，且不易很快地开和闭．而后一点正是小型卫星精确定位所必需的条件。
莱惠斯的微型、超微型火箭跟这些小型火箭完全是两码事。他们从微芯片工业中得到启发，在一个根本不同于一般的火箭工程中，创造了没有可动部分的简单而奇妙的超微型火箭。这是通过蚀刻硅晶片而成的。总的来说，微型火箭是一块三层芯片的组合物，一层是点火器，二层是燃烧室，三层是火箭喷嘴。
此技术看上去较新奇，但相对来说还是比较简单。首先把硅晶片的两面涂以500纳米厚(约头发丝的1／50)的氮化硅作保护层，然后在此保护层上标出火箭的部件图形，并用激光把需要蚀刻的部位上的氮化硅除去。最后，将此晶片浸入氢氧化钾溶液，暴露的硅就被蚀去。而留下一些未跟钾液接触的部分，即那些部件。它们是1mm长的圆柱形燃烧室，1．5mm长的电阻器以及一个锥形体——火箭的喷嘴。氯化硅保护层兼作栅板，它把燃料封在燃烧室内。
当一大电流通过电阻器时，温度即升高到白热化的程度，几乎跟爆炸无异。这股热气产生了冲击波．立即点燃了燃料，在一个极短的时间内，灼热气体向外爆发，通过栅板经喷嘴猛力喷出，从而产生了一个微小推力，把超微型火箭推向前进。
研究人员把这样的火箭推进程式称之“数字式推进”。就如O和1的两进制数字，可表达任意的大数那样，而今火箭单一地或大量地被点燃，就可产生任意量的推力。当然这种火箭的功率远小于常规的，那微小的燃烧室内仅有一点点燃烧。微型火箭产生的最短喷气，可看作一个“脉冲位”。莱惠斯的无阀门火箭最短的喷气时间为1毫秒，而小型火箭为10毫秒。后者为何需要那么长的时间呢?关键在于阀门的开和闭都要受到速度上的限制，而莱惠斯的最终目标是要把这个时间缩短到1微秒。火箭的快速喷发，有利于小卫星的更精确定位；类似地，微小的火箭推力，就易于对小型卫星位置的精密调整。但最妙的地方，还是它的推进程式，可大小由之，任意调节。
目前，莱惠斯已制成的超微型火箭——装在芯片上的火箭为6mm×4mm，含有15只火箭。而且他已设计出了10cm2的芯片，可含100万只火箭的超微火箭。而其最终目标是在10cm2的芯片上，镶嵌1000万只火箭。
火箭技术界评论说，超微型火箭将在21世纪革命性地改变卫星的使用方法。小型卫星专家说：“我们部署这些卫星犹如放飞一群小鸟。”在这些小型卫星上，若配以所需的传感器，卫星群在一定的布局下，就好像一台口径达1000米的巨型望远镜，探视宇宙太空。所以，超微型火箭一旦登场，必将影响深远!
今天的各种卫星巨大而昂贵，如常用的通信卫星，就是一个5吨的巨物，它们的发射、运行，费用之高，可想而知。若此庞然大物用一群小型卫星取而代之，这将节省大笔资金。这些卫星的单个重量仅几公斤，因此它们廉价得多，机动得多，既可服务于通信，也可作为监视地球和空间的手段。
因此，美国国防先进研究所资助莱惠斯科研小组350万美元，希望优先获取其研究成果。莱惠斯的超微型火箭跟传统的火箭大不一样，倒是跟硅芯片技术师出同门。莱惠斯说，他们拟将几百万只超微型火箭镶嵌在一块硅晶片上，你可以取得任意量的火箭推力，从一个火箭的喷气到几百万只的一齐爆发，这可从一次仅点燃一只火箭，或一下点燃大群火箭即可实现。
一些科学家相信，这些奇妙的超微型火箭——装在芯片上的火箭，除了用于上述小卫星外，还可供微小的机器昆虫和尘粒型传感器以动力。特别是后者，它可在人们一点也不察觉的情况下，监视敌军坦克车辆的调动；也可悬浮于空气之中，以探测龙卷风和风暴内部的大气活动。这些都是气象界目前想做而很难做到的事情。
目前，火箭技术界大都在小型火箭方面下功夫，但那仅是一般火箭的小型化而已，其缺点是小型阀门容易泄漏，且不易很快地开和闭．而后一点正是小型卫星精确定位所必需的条件。
莱惠斯的微型、超微型火箭跟这些小型火箭完全是两码事。他们从微芯片工业中得到启发，在一个根本不同于一般的火箭工程中，创造了没有可动部分的简单而奇妙的超微型火箭。这是通过蚀刻硅晶片而成的。总的来说，微型火箭是一块三层芯片的组合物，一层是点火器，二层是燃烧室，三层是火箭喷嘴。
此技术看上去较新奇，但相对来说还是比较简单。首先把硅晶片的两面涂以500纳米厚(约头发丝的1／50)的氮化硅作保护层，然后在此保护层上标出火箭的部件图形，并用激光把需要蚀刻的部位上的氮化硅除去。最后，将此晶片浸入氢氧化钾溶液，暴露的硅就被蚀去。而留下一些未跟钾液接触的部分，即那些部件。它们是1mm长的圆柱形燃烧室，1．5mm长的电阻器以及一个锥形体——火箭的喷嘴。氯化硅保护层兼作栅板，它把燃料封在燃烧室内。
当一大电流通过电阻器时，温度即升高到白热化的程度，几乎跟爆炸无异。这股热气产生了冲击波．立即点燃了燃料，在一个极短的时间内，灼热气体向外爆发，通过栅板经喷嘴猛力喷出，从而产生了一个微小推力，把超微型火箭推向前进。
研究人员把这样的火箭推进程式称之“数字式推进”。就如O和1的两进制数字，可表达任意的大数那样，而今火箭单一地或大量地被点燃，就可产生任意量的推力。当然这种火箭的功率远小于常规的，那微小的燃烧室内仅有一点点燃烧。微型火箭产生的最短喷气，可看作一个“脉冲位”。莱惠斯的无阀门火箭最短的喷气时间为1毫秒，而小型火箭为10毫秒。后者为何需要那么长的时间呢?关键在于阀门的开和闭都要受到速度上的限制，而莱惠斯的最终目标是要把这个时间缩短到1微秒。火箭的快速喷发，有利于小卫星的更精确定位；类似地，微小的火箭推力，就易于对小型卫星位置的精密调整。但最妙的地方，还是它的推进程式，可大小由之，任意调节。
目前，莱惠斯已制成的超微型火箭——装在芯片上的火箭为6mm×4mm，含有15只火箭。而且他已设计出了10cm2的芯片，可含100万只火箭的超微火箭。而其最终目标是在10cm2的芯片上，镶嵌1000万只火箭。
火箭技术界评论说，超微型火箭将在21世纪革命性地改变卫星的使用方法。小型卫星专家说：“我们部署这些卫星犹如放飞一群小鸟。”在这些小型卫星上，若配以所需的传感器，卫星群在一定的布局下，就好像一台口径达1000米的巨型望远镜，探视宇宙太空。所以，超微型火箭一旦登场，必将影响深远!