Vuelo fotoforético de estructuras perforadas en condiciones cercanas al espacio

Área de la Ciencia:

• Nanotecnología
• Ingeniería Aeroespacial
• La física

Sus antecedentes:

• Las estructuras nanofabricadas ligeras ofrecen potencial para el lofting fotoforético en entornos cercanos al espacio.
• Las propuestas existentes van desde aerosoles a escala microscópica hasta estructuras a escala métrica, pero se necesita una comprensión cuantitativa de las fuerzas de elevación.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un modelo analítico-numérico híbrido para las fuerzas de elevación fotoforéticas en estructuras de membrana perforadas.
• Identificar los parámetros estructurales óptimos para maximizar la fuerza de elevación en función de la altitud atmosférica.

Principales métodos:

• Desarrolló un modelo analítico-numérico híbrido centrado en la transpiración térmica como mecanismo fotoforético.
• Estructuras fabricadas con distribución de ligamentos heterogéneos para equilibrar la rigidez y el rendimiento.
• Se han medido las fuerzas de elevación sobre las estructuras utilizando gases de diferentes pesos moleculares y se ha analizado la dependencia de la presión.

Principales resultados:

• Se observa la levitación fotoforética de una estructura de 1 cm a 26,7 Pa con una iluminación de 750 W m-2.
• Parámetros estructurales óptimos identificados (tamaño, densidad de perforación, distribución de los ligamentos) en función de la altitud.
• Compromiso eficiente demostrado entre la rigidez estructural y el rendimiento fotoforético a través del diseño heterogéneo del ligamento.

Conclusiones:

• El estudio presenta una vía viable para el diseño de dispositivos voladores fotoforéticos para aplicaciones cercanas al espacio.
• Los diseños preliminares muestran potencial para una capacidad de carga útil de 10 mg a 75 km de altitud.
• Las aplicaciones futuras incluyen la detección del clima, las comunicaciones y la exploración marciana, con consideraciones para el control del movimiento y el asentamiento.