激光推进

摘要： 脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点,既可用于发射有效载荷也可用于星载动力,甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道,因此,在航天领域得到越来越多关注。围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输;激光微推力器用于航天器姿轨控,以及激光与电组合推进;激光烧蚀操控cm级空间碎片的轨道,以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态;激光烧蚀偏转小行星轨道等方面,对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展,进行了系统全面地归纳和总结,并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题,进行了详细分析。

摘要： 为研究吸收系数对激光烧蚀二硝酰胺铵(ADN)‑丙酮基液体推进剂的推进性能的影响,将ADN液体工质在0~80%区间内,按照10%为等比例间距,与吸收剂充分混合构成不同比例的ADN‑丙酮基液体推进剂。利用近红外光谱仪测量装置对不同比例的ADN‑丙酮基液体推进剂的吸收系数进行测量与计算;在激光能量60 mJ,液膜厚度300μm的工况下,利用高精度扭摆对激光烧蚀不同比例的ADN‑丙酮基液体推进剂所产生的冲量进行测量。实验结果表明:随着ADN含量的增加,吸收系数呈现下降趋势。当ADN含量达到30%时,冲量取得峰值并随后不断下降,当ADN含量达到80%时,冲量又产生一个大幅度上升。分析认为,ADN含量为30%~70%时冲量不断下降主要原因是由于吸收系数的下降导致推进剂所沉积的激光能量变少引起的,而ADN含量为80%处的冲量大幅度上升则是由于吸收系数趋于0的推进剂与基底构成“水炮靶”,激光烧蚀基底容器,推进剂起到约束作用而造成的。

摘要： 近日,欧洲航天局与"清洁太空"公司签订合同,将在2025年发射世界上第一颗太空垃圾清洁卫星——"清洁太空一号"。消息一经发布,太空垃圾清除问题再次成为人们关注的热点。多年来,面对太空垃圾影响在轨航天器安全和后续航天发射的问题,各国科学家们已尝试了多种手段,包括激光推进、机械臂抓捕等。有科学家从渔网捕鱼中受到启发,提出了专门用于捕获太空垃圾的飞网捕获系统设想,并初步付诸实践。今天,让我们一起了解一下,在浩瀚无垠的太空中,太空垃圾是如何产生的,又有哪些危害?面对这一威胁人类航天活动的问题,各国科研人员提出了哪些奇思妙想、做出了哪些大胆尝试?

摘要： 论文针对反射式烧蚀模式下,毫米尺度直筒形约束对GAP工质的冲量耦合性能影响进行了实验研究,设计加工了直筒直径与光斑直径比值在区间1.2～3、直筒长度与激光光斑之比在区间2～5的约束,实验结果表明:直径是影响直筒约束作用效果的重要因素,较小约束直径下,GAP工质的冲量耦合性能严重下降,随着直筒约束的直径增大,取得冲量耦合系数极大值对应的激光功率密度增大,在直筒直径达到光斑直径两倍时,能取得最佳冲量耦合系数;约束长度对提高冲量耦合性能总体表现出了积极的影响,随着约束长度的增长,其效能呈现出先增长然后下降的趋势,在约束长度达到光斑直径4倍时,GAP工质的冲量耦合系数提高了14.8％.

摘要： 激光清除空间碎片技术在厘米级空间碎片清除中具有重要的应用前景.进行了激光烧蚀典型空间碎片材料的冲量耦合特性实验研究.实验中采用532 nm/1064 nm波长,8 ns/15 ns脉宽的激光烧蚀金属铝靶材,运用扭摆测试系统测量了烧蚀冲量,并分析了不同激光参数对冲量耦合系数的影响.实验结果表明,铝靶冲量耦合系数随着激光功率密度的增加是先上升后下降的变化趋势,存在最优冲量耦合系数;激光烧蚀铝靶过程以气化机制为主时,减小激光波长或是增加脉宽都可有效提高冲量耦合系数;烧蚀过程以离化机制为主导时,实验结果表明532 nm波长激光的等离子体屏蔽较弱,在等离子体形成初期实现最优冲量耦合.%Using laser in centimeter scale space debris removal has important application prospect. Impulse coupling characteristics of laser ablated material of space debris was experimentally studied. Laser of 532/1064 nm wavelength and 8/15 ns pulse width were used in experiment, and aluminum as the ablation target. Torsional balance system was used to measure impulse, and influence of laser parameter on impulse coupling coefficient was studied. Experiment results show that impulse coupling coefficient of Al shows a trend from rise to decline, and exists the optimal value. When ablation depended on gasification mechanism, decrease wavelength or increase pulse width can effectively improve impulse coupling coefficient; When ablation depended on ionization mechanism, plasma shielding effect of 532nm laser is weakened, achieving the optimal impulse coupling coefficient on initial formation of plasma.

摘要： The laser ablation micro-thruster technology is one of the most promising technologies to realize the engineering application of laser propulsion technology. As a new kind of electric propul-sion thruster technology in the field of space propulsion, it has high degree of system integration, low power consumption, precision impulse element and other characteristics, forms a vivid feature in the aspects of propulsion performance and system integration, and possesses a potential application value for a variety of space missions. In this paper, the development trend of laser ablation micro-thruster technology is summarized by taking development history of laser ablation micro-thruster as the back-ground, two working modes of the laser ablation micro-thruster, which have highest research value at present, are put forward, and the performances of the two working modes with high specific impulse and low specific impulse are analyzed respectively. Application prospect of the laser ablation micro-thruster is prospected. Finally, some suggestions for further research are given.%激光烧蚀微推力器技术是激光推进技术最有可能率先实现工程应用的技术研究方向.作为一种新型的空间推进领域电推进推力器技术,以其系统集成度较高、 电功耗较低、冲量元精准等优势特性,在推进性能和系统集成等方面形成鲜明的特色,对于多种空间推进任务具备潜在的应用价值.以激光烧蚀微推力器发展历程为背景,总结提炼当前推力器技术发展趋势,提出了激光烧蚀微推力器目前最具研究价值的两种工作模式,分别对高低比冲两种不同工作模式进行了性能分析和比对,对激光烧蚀微推力器应用前景进行了展望,最后给出了进一步研究的建议.

摘要： 吸气式脉冲激光推力器因具有推进性能优良,结构简单,激光吸收区域稳定等优点,成为激光推进领域重点研究内容之一.本文首先从吸气式脉冲激光推力器的工作环境及特点,分析了其系统结构组成.在综合国内外吸气式脉冲激光推力器研究现状基础上,对比了几种典型推力器模型的优缺点.最后对吸气式脉冲激光推力器的未来发展提出了几点思考.

摘要： The influence of Gaussian beam on photovoltaic cells output is researched for researching big influence of laser power density distribution feature on photovoltaic cells output. Establish laser radiation photovoltaic cells output feature test system, introduce test method and test process, research photovoltaic cells output feature in different Gaussian beam position, acquire influence of photovoltaic cells distribution mode on outputI-V curve,P-V curve, photovoltaic conversion efficiency and so on in Gaussian beam. The test results show that: radiation shape distribution can acquire better output efficiency, and conclusions can be applied to the laser output can provide a reference.%为了研究激光功率密度分布特点对光电电池的输出产生较大影响的问题,对高斯光束对光电电池输出的影响进行了实验研究.建立激光辐照光电电池输出特性的实验测试系统,介绍测试方法和测试流程,研究位于高斯光束不同位置的光电电池输出特性,得到了高斯光束下光电池排列方式对输出的I-V曲线、P-V曲线、光电转换效率等的影响.实验结果表明:辐射形状的排列可以获得更好的输出效果,可为激光输能的应用提供参考.

摘要： 英国著名物理学家斯蒂芬·霍金和俄罗斯商人尤里·米尔纳在纽约新世贸中心观景台宣布了一个名为“突破射星”的太空探索项目。米尔纳表示，“突破射里”计划的初步投资将为1亿美元，用来开发制造使用激光推进的微型星际飞船。

摘要： 在一项星际任务中，几乎所有的开发成本都集中在建设定向能发射系统上。探测器本身是一些绑定在反射板上的小型设备，建造成本相对低廉，发射100个探测器几乎与发射一个探测器的成本相当。

摘要： 激光推进技术作为一种新的推进技术,因其独特的优势,正引起人们越来越多的关注.介绍了激光推进的几个重要参数,并分析了目前激光推进系统中常用的推进剂各自的优缺点,包括金属推进剂、常见高聚物推进剂、含能推进剂、液体推进剂以及国内外关于激光推进器研究进展.分析了目前制约激光推进技术发展的技术问题，指出激光推进作为一种新的价格低廉且安全环保的推进方式正引起越来越多的人和组织的关注，然而激光推进技术仍然处于初级阶段，仍有许多问题巫待研究。虽然研究人员尝试了很多种推进剂，但是每一种都存在不足，急需建立一套推进剂筛选的方法和标准，为推进剂的选择提供理论依据，从而设计出冲量藕合系数和比冲都更高的推进器。另外，激光器技术一直是制约激光推进发展的一个重要因素，急需发展能用于地基发射的大功率激光器。

摘要： 采用CO2激光作为加载光源，以POM和PVC作为工质，分别对平板式和直筒式推力器模型进行了大气和真空环境下的烧蚀模式激光推进实验研究，通过实验发现，直简模型的冲量耦合系数Cm优于平板模型;对平板模型，真空下的Cm高于大气;在大气环境下，直筒模型对Cm的提高幅度远高于平板模型。

摘要： 吸气式激光推进因其理论上比冲无限大和实际中冲量耦合系数可观而一直是激光推进技术研究的一个重要分支。美国、日本、俄罗斯、德国和中国是目前广泛开展激光推进研究的主要国家,其吸气式激光推进实验研究内容和水平存在一定差异,提出了一些具有代表性的吸气式实验模型。并围绕各自模型开展了一系列演示验证和性能测试实验研究。重点总结了国内外吸气式激光推进实验研究的工作进展,对比分析了不同模型的实验研究特点和水平,并讨论了吸气式激光推进实验的研究趋势,对吸气式激光推力器概念设计研究有一定的参考意义。吸气式激光推进和激光推力器作为重要分支,将更加深入和广泛的快速发展。并在业已提出的各种吸气式模型和实验研究成果基础上,继承优点,寻求和积累激光推力器的设计方法,研制出性能优越的吸气式激光推力器模型。

摘要： 激光推进技术是国内外航天领域极为关注的几种先进推进技术之一。作为激光推进的一个重要研究方向,液体推进剂激光推力器在工作过程中需要自身携带工质,其工作模式与大气吸气模式激光推力器不同,工质注入系统是其各个组成部分中必不可少的一部分,其研究方法与大气吸气模式激光推进大不相同。在对国内外文献综合调研的基础上,就液体工质激光推进的研究现状和发展趋势进行了分析讨论。对国内外研究结果对比分析表明,虽然同样是水工质激光推进冲量耦合系数测试,研究结果差别较大。分析其原因,有以下几点:(1)研究对象不同。国内和美国所做的研究工作与日本都有很大的不同,日本的研究对象是水泡靶,美国的研究对象是水溶液,国内的研究对象是水滴。(2)所用激光光源和工质类型不同。本文总结了国内外液体工质激光推进研究工作进展。就国内外相关研究结果进行了对比分析,讨论了提高液体工质激光推进冲量耦合系数、比冲等推进性能参数的方法。

摘要： 本文首先回顾了激光推进技术的发展历史,然后介绍了激光推进的研究现状,主要是脉冲激光推进和烧蚀激光推进的研究进展.同时,介绍了作者利用高速摄影技术研究脉冲激光推进中激光诱导的等离子体及爆轰波的生成,传播等过程.本文还着重介绍了等离子体参数(电子温度)的测量方法和测量结果.这些研究工作对手发展高性能的激光推进技术具有一定的意义.

摘要： 采用CO2激光作为加载光源，在激光波形、能量不同情况下，开展了采用POMAl工质在直筒型推力器模型中单脉冲的推进性能的实验研究。通过研究发现，激光波形对直筒直径型推力器推进性能的影响较大。

摘要： 在推力器约束下，"烧蚀模式"激光推进性能可被大大提高。为此，采用TEA型CO2激光作为加载光源，对脉冲式"烧蚀模式"激光推力器的几何构型展开实验研究，以期获得最佳构型。通过实验研究发现，直筒型推力器模型明显优于扩张型推力器。在此基础上，在不同脉冲能量的CO2激光器上对直筒型推力器进行优化。实验发现影响直筒型推力器推进性能的两个重要参数：直筒的长度和激光光斑直径与筒直径的比值。

摘要： 在激光推进中，为实现对入射激光束聚焦特性的准确控制，本文设计了一种二次反射激光聚焦系统。在已知激光束半径和聚焦位置的情况下，利用几何光学方法建立了聚焦系统反射面母线参数与聚焦系统半径、聚焦角度和聚焦光线夹角之间的数学模型，编写了聚焦系统设计程序，给出了一个典型的设计实例，聚焦系统设计参数满足设计指标要求，且结构合理。

摘要： 采用三种构形的抛物面反光罩(A、B、C罩)作为激光推力器模型,使用CO激光器作为加载光源,对三种推力器模型进行不同频率下的多脉冲推进实验研究。A、B、C罩的最高冲量耦合系数(C)分别达到了16.5、13、12.6dyne/W,其中,A、B两罩的C随频率的增加出现了单调递减,C罩的C随频率增加出现了先升后降的趋势。

摘要： 本文采用CO2激光器对三种构形的抛物型激光推力器模型进行了大气模式下、多脉冲连续推进的对比实验.通过实验的对比，发现飞行器结构和脉冲参数对多脉冲连续推进时的冲量耦合系数都有较大的影响并对此进行了分析，为进一步研究激光能量转化为推力的机理以及推力器的设计提供了直接的数据.

摘要： 本发明涉及固体烧蚀模式的激光微推进领域，提供了一种以GAP端羟基聚叠氮缩水甘油醚为主的高粘度混合推进剂，所述制备方法包括以下步骤：GAP溶液前处理；60°C下，依次加入纳米碳粉、中定剂、固化剂、固化催化剂，每一步均进行搅拌；最后，在60°C，真空度为0.01MPa下，进行真空抽气泡1‑1.5h，静置固化后得到GAP药柱。本发明的操作方法简单易行，固化过程温和，有效降低了GAP混合推进剂胶体内部的气孔率。

摘要： 本申请实施例公开了一种激光微推进系统、方法及装置，系统包括：中控模块和多个推力模块；所述中控模块包括激光光源和控制器，所述推力模块中具有推进工质；所述控制器用于从多个推力模块中确定目标模块，控制所述激光光源烧蚀所述目标模块中的推进工质，以利用所述目标模块提供推力。由此可见，本申请实施例的系统包括中控模块和多个推力模块，利用一个中控模块可以对多个推力模块的工作状态进行控制，具体的，可以通过中控模块确定推力方向所在的目标模块，控制激光烧蚀目标模块中的推进工质，以便目标模块提供推力，相较于多个包括一一对应的中控模块和推力模块的激光微推进器，具有更小的体积和重量。

摘要： 本发明公开了一种基于激光诱导水滴击穿原理的激光推进装置，包括激光器、水滴喷注器件、激光推进器和脉冲信号发生器；所述激光器，产生并向所述激光推进器发射激光；所述激光推进器，与所述激光器同轴设置；所述水滴喷注器件，设于所述激光推进器头部并向激光推进器提供水滴工质；所述脉冲信号发生器包括控制激光器的第一脉冲信号发生器和控制水滴喷注器件的第二脉冲信号发生器。水滴击穿比水滴汽化更加彻底，对工质的利用率更高，可以有效避免工质的浪费现象，同时进一步提高综合推进性能，获得更大的比冲、冲量耦合系数和能量转化效率。

摘要： 利用激光制备微结构靶提高激光推进冲量耦合系数的方法。本发明提出利用聚焦近红外飞秒激光脉冲对烧蚀激光推进技术中的固体靶进行预加工处理，使其表面产生多种形态的微结构来有效增强其冲量耦合系数的方法。飞秒激光脉冲制备的微结构固体靶包括多种类型的有利于增强光吸收的突起结构和沟槽结构。利用实验建立的高灵敏度扭秤精密测量装置获知在0.6-100焦耳/平方厘米的激光通量变化范围内，这些微结构固体靶比未经飞秒激光预处理的普通平面靶的冲量耦合系数提高约170%。本发明提出的有效增强激光烧蚀过程中光能到机械能转换的新方法在激光推进技术领域有着潜在的重要应用。

摘要： 本发明公开了一种激光推进系统中聚合物推进剂烧蚀的二维模拟方法，属于航天技术领域。本发明首先根据推进剂化学组成，计算热容、密度和导热系数与温度相关的表达式；读取已知参数进行循环计算，在每一次循环中，计算退缩速度、烧蚀深度和质量，对烧蚀表面进行坐标变化和二维正交网格划分，计算各网格点的物性参数和分解率；求解考虑分解、烧蚀面退缩、微小尺度传热和等离子体屏蔽效应的导热方程，获得此时间步长各网格点的温度；循环计算获得最终时刻的温度分布、烧蚀深度和质量。相比现有技术，本发明能量化各因素对烧蚀过程的影响，可准确获取聚合物推进剂温度变化情况，预测烧蚀质量和烧蚀深度，进而高效利用推进剂，确保长期任务的进行。

摘要： 本发明公开了一种基于激光诱导水滴击穿原理的激光推进装置，包括激光器、水滴喷注器件、激光推进器和脉冲信号发生器；所述激光器，产生并向所述激光推进器发射激光；所述激光推进器，与所述激光器同轴设置；所述水滴喷注器件，设于所述激光推进器头部并向激光推进器提供水滴工质；所述脉冲信号发生器包括控制激光器的第一脉冲信号发生器和控制水滴喷注器件的第二脉冲信号发生器。水滴击穿比水滴汽化更加彻底，对工质的利用率更高，可以有效避免工质的浪费现象，同时进一步提高综合推进性能，获得更大的比冲、冲量耦合系数和能量转化效率。

摘要： 利用激光制备微结构靶提高激光推进冲量耦合系数的方法。本发明提出利用聚焦近红外飞秒激光脉冲对烧蚀激光推进技术中的固体靶进行预加工处理，使其表面产生多种形态的微结构来有效增强其冲量耦合系数的方法。飞秒激光脉冲制备的微结构固体靶包括多种类型的有利于增强光吸收的突起结构和沟槽结构。利用实验建立的高灵敏度扭秤精密测量装置获知在0.6-100焦耳/平方厘米的激光通量变化范围内，这些微结构固体靶比未经飞秒激光预处理的普通平面靶的冲量耦合系数提高约170%。本发明提出的有效增强激光烧蚀过程中光能到机械能转换的新方法在激光推进技术领域有着潜在的重要应用。

摘要： 本发明公开了一种激光推进系统中聚合物推进剂烧蚀的二维模拟方法，属于航天技术领域。本发明首先根据推进剂化学组成，计算热容、密度和导热系数与温度相关的表达式；读取已知参数进行循环计算，在每一次循环中，计算退缩速度、烧蚀深度和质量，对烧蚀表面进行坐标变化和二维正交网格划分，计算各网格点的物性参数和分解率；求解考虑分解、烧蚀面退缩、微小尺度传热和等离子体屏蔽效应的导热方程，获得此时间步长各网格点的温度；循环计算获得最终时刻的温度分布、烧蚀深度和质量。相比现有技术，本发明能量化各因素对烧蚀过程的影响，可准确获取聚合物推进剂温度变化情况，预测烧蚀质量和烧蚀深度，进而高效利用推进剂，确保长期任务的进行。

摘要： 光纤激光器自推进宇宙光船推进系统属于新概念航天航空技术领域，本发明涉及一种光纤激光推进的续航模式。为了解决传统化学推进系统和TEA脉冲CO2激光器推进的缺陷，也为了使飞船的速度和续航能力超越目前的极限。将光纤激光应用到激光推进装置中，通过功率控制装置得到想要的光纤激光组束，再经过聚光处理使得激光在反应腔的中心位置加热特殊工质，产生高温高压的气体，从而产生推力。化学推进装置产生比推力上限一般为4000～5000N.s/Kg，而光纤激光的能量密度很高，特殊工质分子质量小，比推力可达20000N.s/Kg，这就意味着可以超越目前化学推进速度的极限，并且特殊工质不像传统推进剂那般笨重，可以大量携带，这就能大大提高飞船的续航能力。

摘要： 本发明一种可用于微小载荷发射的组合模式激光推进系统，包括：高能激光发射器、激光跟瞄与光束控制系统、激光推进飞行器；高能激光发射器通过发射高能激光，为激光推进飞行器提供推进能源；激光跟瞄与光束控制系统针对激光推进飞行器目标，依次完成探测捕获目标、高精度稳定跟踪、高精度光束瞄准、运动目标测距精密调焦，控制高能激光发射器发射的激光束方向始终沿激光推进飞行器的轴线方向，实现高质量高效率激光传输。本发明与传统化学推进运载火箭相比，具有高比冲、高效率、高可靠、低成本、可远距离传输能量等特点。