Pjezo reakcijos įranga reikalinga palydovų orientacijai kosmose. Kuo ateities palydovas, turintis pjezo reakcijos įrangą, skirsis nuo dabartinio? Kuo ypatinga pjezo medžiaga ir kokios jos galimybės? Pasakoja Kauno technologijos universiteto (KTU) prof. habil. dr. Ramutis Petras Bansevičius, pjezomechanikos Lietuvoje pradininkas.
Pjezo reakcijos įranga – kodėl tokia reikalinga kosmose?
2015-iems metams ruošiamas nano palydovas bus kur kas pranašesnis už „LitSat-1“, nes jame bus sumontuota ne tik visa elektronika, optika, bet ir pjezo elektrinė padėties valdymo sistema.
Visi palydovai turi specialią padėties erdvėje valdymo sistemą, kuri nuolat nukreipia palydovą į reikiamą objektą: saulę, žvaigždę, ar į kokį nors konkretų objektą žemėje. Tačiau šios sistemos yra sudėtingos, kiekviena iš jų turi po tris variklius, todėl bendra masė yra nemaža. „Mums kilo idėja padaryti besisukančią sferą, kuri suktųsi pagal reikiamą ašį iš karto. Tokia galimybė atsiranda naudojant pjezo reakcijos įrangą. Jos bendras svoris triskart mažesnis, o taip vadinama skyra (mažiausias kampas, kurį sistema gali išmatuoti) yra labai tiksli. Tokiu būdu palydovas gali labai tiksliai fiksuoti kryptį į kurią jam reikia „žiūrėti“, pavyzdžiui, į miesto centre žybsinčią Kalėdų eglutę“, – pasakoja R. Bansevičius.
Pasak mokslininko, kosmoso pramonėje masė yra labai aktualus dalykas – kuo daiktas lengvesnis, tuo paprasčiau ir pigiau jį nugabenti į kosmosą, todėl toks pjezo reakcijos variklis taps puikia alternatyva griozdiškoms sistemoms.
2015-iems metams ruošiamas nano palydovas bus kur kas pranašesnis už „LitSat-1“, nes jame bus sumontuota ne tik visa elektronika, optika, bet ir pjezo elektrinė padėties valdymo sistema. Tačiau profesorius prasitarė, kad prieš tai į kosmosą turėtų būti paleistas piko palydovas, kuris, nors ir gerokai mažesnis už nano palydovą, turėtų būti pats svarbiausias. Jis būtų pirmasis Baltijos šalių regione.
Varikliai, kuriems nebaisios kosminės sąlygos
Pjezo varikliai – tai santykinai nauji mechanizmų tipai, kurie naudojami ten, kur reikia išgauti ypatingai tikslų judesį, kadangi jų skyra yra nanometrai (nanometras – tūkstantoji mikrometro dalis).
„Įsivaizduokite, koks tai platus diapazonas! Joks paprastas variklis to padaryti negali“, – entuziastingai pasakoja R. Bansevičius.
Pjezo variklis transformuoja aukšto dažnio virpesius į sukimosi judesį ir yra ypatingas tuo, kad gali suktis ir ypač lėtai, ir ypač greitai, priklausomai nuo poreikio. „Pjezo varikliai aukšto dažnio rezonansinius judesius transformuoja į tolygų arba žingsninį judesį. Žadinant pjezo elementą impulsiniame rėžime galime gauti variklį, kuris gali suktis, pavyzdžiui, kartą į mėnesį arba kelis šimtus kartų per minutę. Įsivaizduokite, koks tai platus diapazonas! Joks paprastas variklis to padaryti negali“, – entuziastingai pasakoja R. Bansevičius.
Pjezo variklių greitis valdomas labai plačiose ribose. Tačiau pati įdomiausia savybė – jie gali suktis keliomis kryptimis, pagal kelias ašis, t. y. turėti net keturis ar dar daugiau laisvumo laipsnius. Taip pat pjezo varikliai gali dirbti veikiami žemų ir aukštų temperatūrų ar netgi vakuume.
Pjezo medžiaga: sintetinis stebuklas
Pjezo pavadinimas yra kilęs iš graikų kalbos žodžio „suspausti“. Pjezo medžiaga – tai sintetinė medžiaga savo savybėmis labai panaši į kvarcą. Kvarcas pasižymi pjezoelektrinėmis savybėmis, t. y. jį suspaudus ant briaunų atsiranda elektrinis krūvis (pjezo efektas), o padavus įtampą į elektrodus, suformuotus ant kvarco, šiek tiek keičiasi medžiagos apimtys (atvirkštinis pjezo efektas). Šiuos efektus dar 1880 m. ištyrė broliai Kiuri.
Šios dvi pagrindinės savybės davė pradžią visai pjezoelektrinių medžiagų kategorijai, buvo sukurtos pjezokeraminės medžiagos, kurios dešimt kartų viršija kvarco efektyvumą, todėl jų panaudojimas vis labiau skverbiasi į įvairias sritis. Kaip ir kvarcą, pjezo medžiagą galima sėkmingai panaudoti automobilių, telekomunikacijų ir technikos pramonėje bei gaminti įvairius jutiklius, taip pat laikrodžius, žiebtuvėlius, stomatologinius įrankius.
„LitSat1“ į kosmosą ištransliuos tris tautos žodžius, kuriuos vis dar galima rinkti internetinėje svetainėje www.tryszodziai.lt
Kaip pjezo elementai veikia gyvai, galima pamatyti peržiūrėjus reportažą, kuriame prof. R. Bansevičius demonstruoja pjezo medžiagos galimybes:
