ナノ粒子場抽出スラスタ

ナノ粒子場抽出スラスタ（NanoFET ）は、ミシガン大学が開発中の実験的な高速宇宙船エンジンです。荷電粒子を放出することで推力を発生させます。これらの粒子は円筒形のカーボンナノチューブで、タンクに収容することも、飛行中に製造することもできます。これらの粒子のサイズを変えることで、NanoFETは燃料効率（比推力）を変化させ、結果として推力出力を変化させながら、高い電力効率を維持できます。他の電気推進システムと同様に、NanoFETは地球の大気圏内での運用ではなく、軌道上および深宇宙での運用を目的としています。^{[ 1 ]}

ナノFETは、調整可能な推力と比推力により、非常に汎用性が高い。他のどの電子推進システムよりも少ない電力と燃料でより大きな推力を発生させることができる。^{[ 2 ]}さらに、システム全体として電荷が蓄積されることはなく、1つの充電パッドに蓄積された負電荷は、別の充電パッドに蓄積された正電荷によって相殺される。燃料容器との高度な統合により、非常にコンパクトになり、宇宙船に簡単に設置できる。^{[ 3 ]}残念ながら、他のすべての電子推進器と同様に、現在の化学ロケットが発生させる推力には遠く及ばない（数百ニュートンに対し、約1500万ニュートン）。^{[ 2 ]}数百万ポンドの燃料を必要としないという事実は、この出力の差を大幅に相殺するものの、現在の形では、ナノFETは地球からの打ち上げには適していない。

ナノFETの動作原理は非常に単純です。ナノFETは、粒子貯蔵領域、充電パッド、加速グリッドの3つの主要部分から構成されています。まず、円筒形の粒子を充電パッドまで輸送し、充電パッドが粒子に電荷を与えます。粒子が電荷を帯びるにつれて、加速グリッドからの引力が増大します。最終的に、この引力が粒子と充電パッド間の電磁力および表面付着力を上回ります。すると、粒子は加速グリッドに向かって加速し始め、ナノFETから射出され、その結果、ナノFETを反対方向に押し出します。

ナノFETには、ドライナノFETと「通常の」ウェットナノFETの2種類がある。接頭辞は粒子輸送方法の違いを表しており、ウェットナノFETは液体を使用するのに対し、ドライナノFETは液体を使用しない。

想像できるように、ナノFETの設計には多くの課題がありました。主な課題の1つは、粒子を充電パッドに輸送する方法でした。液体は粒子を輸送する最も簡単な方法ですが、小さな円錐（テイラーコーン）や帯電した液滴（コロイド）を形成する可能性があり、ナノFETの推力の微調整能力に深刻な影響を与えます。当初、 100 cStのシリコーンオイルなど、表面張力と粘度が低い非導電性液体は、コロイドを形成することなく大きな電磁場に耐えることができることがわかりました。その後、粒子を輸送するためにドライ機構を使用するプロトタイプが開発されました。これらのドライナノFET構成では、電子的に作動する材料（圧電体）を使用して表面張力を破壊し、粒子を移動させます。^{[ 4 ]}

同様に、初期のプロトタイプでは球状粒子が使用されていましたが、後に円筒状粒子に置き換えられました。これは主に、円筒状粒子は帯電時に垂直に立つため、球状粒子よりもはるかに多くの電荷を獲得するためです。また、円筒は液体の表面をより容易に貫通し、一緒に持ち込む液体の量が少ないため、ナノFETにとって理想的な形状です。これらの特性により、円筒状ナノ粒子は抽出できますが、抽出可能な最小の球状粒子はミリメートルオーダーです。^{[ 2 ]}