裝在芯片上的火箭

如果有人對(duì)你說(shuō)，火箭群可在手掌上發(fā)射，你一定會(huì)把它當(dāng)成夢(mèng)囈。可是這卻是真實(shí)的事情。據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，美國(guó)洛杉磯空軍某基地試驗(yàn)室的科研人員正在研究一種超微型火箭，它們的尺寸不到2mm。那么小的火箭干什么用?專(zhuān)家說(shuō)，它的用途可大著呢!甚至?xí)l(fā)一場(chǎng)衛(wèi)星使用方面的革命。

今天的各種衛(wèi)星巨大而昂貴，如常用的通信衛(wèi)星，就是一個(gè)5噸的巨物，它們的發(fā)射、運(yùn)行，費(fèi)用之高，可想而知。若此龐然大物用一群小型衛(wèi)星取而代之，這將節(jié)省大筆資金。這些衛(wèi)星的單個(gè)重量?jī)H幾公斤，因此它們廉價(jià)得多，機(jī)動(dòng)得多，既可服務(wù)于通信，也可作為監(jiān)視地球和空間的手段。

因此，美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究所資助萊惠斯科研小組350萬(wàn)美元，希望優(yōu)先獲取其研究成果。萊惠斯的超微型火箭跟傳統(tǒng)的火箭大不一樣，倒是跟硅芯片技術(shù)師出同門(mén)。萊惠斯說(shuō)，他們擬將幾百萬(wàn)只超微型火箭鑲嵌在一塊硅晶片上，你可以取得任意量的火箭推力，從一個(gè)火箭的噴氣到幾百萬(wàn)只的一齊爆發(fā)，這可從一次僅點(diǎn)燃一只火箭，或一下點(diǎn)燃大群火箭即可實(shí)現(xiàn)。

一些科學(xué)家相信，這些奇妙的超微型火箭——裝在芯片上的火箭，除了用于上述小衛(wèi)星外，還可供微小的機(jī)器昆蟲(chóng)和塵粒型傳感器以動(dòng)力。特別是后者，它可在人們一點(diǎn)也不察覺(jué)的情況下，監(jiān)視敵軍坦克車(chē)輛的調(diào)動(dòng)；也可懸浮于空氣之中，以探測(cè)龍卷風(fēng)和風(fēng)暴內(nèi)部的大氣活動(dòng)。這些都是氣象界目前想做而很難做到的事情。

目前，火箭技術(shù)界大都在小型火箭方面下功夫，但那僅是一般火箭的小型化而已，其缺點(diǎn)是小型閥門(mén)容易泄漏，且不易很快地開(kāi)和閉．而后一點(diǎn)正是小型衛(wèi)星精確定位所必需的條件。

萊惠斯的微型、超微型火箭跟這些小型火箭完全是兩碼事。他們從微芯片工業(yè)中得到啟發(fā)，在一個(gè)根本不同于一般的火箭工程中，創(chuàng)造了沒(méi)有可動(dòng)部分的簡(jiǎn)單而奇妙的超微型火箭。這是通過(guò)蝕刻硅晶片而成的。總的來(lái)說(shuō)，微型火箭是一塊三層芯片的組合物，一層是點(diǎn)火器，二層是燃燒室，三層是火箭噴嘴。

此技術(shù)看上去較新奇，但相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較簡(jiǎn)單。首先把硅晶片的兩面涂以500納米厚(約頭發(fā)絲的1／50)的氮化硅作保護(hù)層，然后在此保護(hù)層上標(biāo)出火箭的部件圖形，并用激光把需要蝕刻的部位上的氮化硅除去。最后，將此晶片浸入氫氧化鉀溶液，暴露的硅就被蝕去。而留下一些未跟鉀液接觸的部分，即那些部件。它們是1mm長(zhǎng)的圓柱形燃燒室，1．5mm長(zhǎng)的電阻器以及一個(gè)錐形體——火箭的噴嘴。氯化硅保護(hù)層兼作柵板，它把燃料封在燃燒室內(nèi)。

當(dāng)一大電流通過(guò)電阻器時(shí)，溫度即升高到白熱化的程度，幾乎跟爆炸無(wú)異。這股熱氣產(chǎn)生了沖擊波．立即點(diǎn)燃了燃料，在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)，灼熱氣體向外爆發(fā)，通過(guò)柵板經(jīng)噴嘴猛力噴出，從而產(chǎn)生了一個(gè)微小推力，把超微型火箭推向前進(jìn)。

研究人員把這樣的火箭推進(jìn)程式稱(chēng)之“數(shù)字式推進(jìn)”。就如O和1的兩進(jìn)制數(shù)字，可表達(dá)任意的大數(shù)那樣，而今火箭單一地或大量地被點(diǎn)燃，就可產(chǎn)生任意量的推力。當(dāng)然這種火箭的功率遠(yuǎn)小于常規(guī)的，那微小的燃燒室內(nèi)僅有一點(diǎn)點(diǎn)燃燒。微型火箭產(chǎn)生的最短噴氣，可看作一個(gè)“脈沖位”。萊惠斯的無(wú)閥門(mén)火箭最短的噴氣時(shí)間為1毫秒，而小型火箭為10毫秒。后者為何需要那么長(zhǎng)的時(shí)間呢?關(guān)鍵在于閥門(mén)的開(kāi)和閉都要受到速度上的限制，而萊惠斯的最終目標(biāo)是要把這個(gè)時(shí)間縮短到1微秒。火箭的快速?lài)姲l(fā)，有利于小衛(wèi)星的更精確定位；類(lèi)似地，微小的火箭推力，就易于對(duì)小型衛(wèi)星位置的精密調(diào)整。但最妙的地方，還是它的推進(jìn)程式，可大小由之，任意調(diào)節(jié)。

目前，萊惠斯已制成的超微型火箭——裝在芯片上的火箭為6mm×4mm，含有15只火箭。而且他已設(shè)計(jì)出了10cm²的芯片，可含100萬(wàn)只火箭的超微火箭。而其最終目標(biāo)是在10cm²的芯片上，鑲嵌1000萬(wàn)只火箭。

火箭技術(shù)界評(píng)論說(shuō)，超微型火箭將在21世紀(jì)革命性地改變衛(wèi)星的使用方法。小型衛(wèi)星專(zhuān)家說(shuō)：“我們部署這些衛(wèi)星猶如放飛一群小鳥(niǎo)。”在這些小型衛(wèi)星上，若配以所需的傳感器，衛(wèi)星群在一定的布局下，就好像一臺(tái)口徑達(dá)1000米的巨型望遠(yuǎn)鏡，探視宇宙太空。所以，超微型火箭一旦登場(chǎng)，必將影響深遠(yuǎn)!