激光等离子体推进技术的研究进展

传统的采用化学燃料来驱动火箭升空的技术由于昂贵的发射费用、低的载荷比、复杂的发射操作运转模式、重复使用困难等缺点而一直困扰着人们对太空的进一步探索．但随着激光技术与航天技术的飞速发展，激光作为一种先进推进技术逐步呈现出其他推进技术不可比拟的优势和发展前景．文章对激光等离子体推进技术的工作原理和研究现状做了介绍，并对激光等离子体在驱动微型飞行器方面目前存在的技术问题和研究热点进行了简述．     

激光等离子体推进在火箭推进技术领域的应用前景

激光等离子体推进给火箭推进技术带来革命性的发展，高强度短脉冲激光和物质相互作用可产生速度为每秒数百公里的等离子体喷射，可以几十倍地提高推动的比冲，文章主要介绍了激光等离子的体推进的原理，研究现状，并对其应用前景进行了分析。     

激光等离子体微推进技术的研究进展

为了加快激光等离子体微推进技术（μLPP）在航天领域的应用,介绍了该项技术近10年的发展状况。讨论了激光等离子体微推进技术发展过程中衍生出的各种工作模式,并简略分析了不同工作模式的优缺点。着重介绍了靶特性对激光微推进性能的影响,包括靶材的选择、靶的结构、靶材掺杂,以及靶物相特性等。针对该项技术的最终发展目标是研制微小卫星姿轨控的激光等离子体微推力器（μLPT）,介绍并分析了美国Phipps小组开展的激光微推力器的研制工作。最后,指出了激光等离子体微推进技术目前存在的一些问题,并展望了它的发展前景。     

激光推进的初步数值模拟研究

激光与等离子体相互作用研究的一个重要应用背景是激光推进,本文采用二维数值模拟方案,对激光推进所涉及的激光维持等离子体的特性进行了一些初步研究。研究中考虑了工质对激光能量的吸收与辐射热损失,以及吸收室形状对激光维持等离子体特性的影响。模拟结果有助于了解激光推进中激光维持等离子体产生的物理机制及有关的复杂流动与传热现象。     

靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响

强激光与靶相互作用产生的等离子体可以作为一种新型的推进源.就强激光与靶相互作用过程中，靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响进行了研究.结果表明，相对于无约束的平面靶，坑靶将动量耦合系数提高了5倍，而约束的平面靶将动量耦合系数提高了10倍以上.分析发现，对等离子体的有效约束是提高动量耦合系数的主要原因. 关键词： 激光等离子体 推进 动量耦合系数     

激光等离子体微推进技术的研究进展

为了加快激光等离子体微推进技术(μLPP)在航天领域的应用,介绍了该项技术近10年的发展状况。讨论了激光等离子体微推进技术发展过程中衍生出的各种工作模式,并简略分析了不同工作模式的优缺点。着重介绍了靶特性对激光微推进性能的影响,包括靶材的选择、靶的结构、靶材掺杂,以及靶物相特性等。针对该项技术的最终发展目标是研制微小卫星姿轨控的激光等离子体微推力器(μLPT),介绍并分析了美国Phipps小组开展的激光微推力器的研制工作。最后,指出了激光等离子体微推进技术目前存在的一些问题,并展望了它的发展前景。     

靶结构对烧蚀模式激光推进效应影响的数值模拟

 强激光辐照于固体平面靶产生高温、高压等离子体喷射,进而对固体靶产生力学推进效应,这是烧蚀模式激光推进的基本原理。采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法,以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory Schemes）,对强激光烧蚀固体靶产生等离子体喷射推进效应进行数值模拟。计算了固体靶面横向尺寸与激光光斑大小对推进效应影响的耦合关系,以及不同靶面结构烧蚀压力随时间的变化及其推进效应参数变化。数值模拟结果表明,靶面横向尺寸与光斑大小具有最优耦合值;固体靶面增加约束喷管结构对激光推进效应明显增大,并且随着约束喷管位置的不同,对激光推进效应增大的影响也有较大差异。     

超强激光等离子体推进新机制

应用Compton散射模型、平均原子模型和碰撞-辐射模型,研究了超强激光等离子体推进机制,提出了将入射光和Compton散射光作为超强激光等离子体推进新机制,给出了束缚电子占据概率和流体力学修正方程,得到了O、Ne、N、Xe的等离子体烧蚀压、等效烧蚀深度和烧蚀速度随入射激光功率密度变化的模拟结果。结果表明:与散射前相比,随着激光功率密度增大,Xe烧蚀压最大,其次是Ne、O、N;O等效烧蚀深度最大,其次是N、Xe、Ne;Ne弛豫时间最长,其次是O、N、Xe;Xe烧蚀速度最快,其次是Ne、O、N。采用含电子多的轻元素超强激光等离子体,有利于等离子体整体推进。     

"烧蚀模式"激光推进技术及其应用研究

随着激光技术的发展,激光推进技术越来越受到关注."烧蚀模式"激光推进是激光推进技术中一个重要的研究领域.本文在介绍了"烧蚀模式"激光推进的原理、研究现状和几个亟待解决的热点研究问题的基础上,对激光推进的进一步应用进行了探索与研究.     

激光等离子体推进中靶动量测量方法的改进

总结了激光等离子体推进中靶动量的测量方法,设计了双光束测量方法.该方法能够减小靶宽度和靶的运动速度对测量结果的影响.     

“烧蚀模式”激光推进技术及其应用研究

随着激光技术的发展,激光推进技术越来越受到关注.“烧蚀模式”激光推进是激光推进技术中一个重要的研究领域.本文在介绍了“烧蚀模式”激光推进的原理、研究现状和几个亟待解决的热点研究问题的基础上,对激光推进的进一步应用进行了探索与研究.     

脉冲激光烧蚀推进技术的航天应用进展

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。     

Characteristics of droplets ejected from liquid glycerol doped with carbon in laser ablation propulsion

The characteristics of droplets ejected from liquid glycerol doped with carbon are investigated in laser ablation propulsion. Results show that carbon content has an effect on both the coupling coefficient and the specific impulse. The dopedcarbon moves the laser focal position from the glycerol interior to the surface. This results in a less consumed glycerol and a high specific impulse. An optimal propulsion can be realized by varying carbon content in glycerol.     

激光等离子体动量转换效率的实验研究

强激光与固体靶相互作用时，产生的高速喷射的等离子体对靶具有强烈的反冲作用，因此，激光等离子体可以作为一种新型的推进动力源.与传统的化学燃料推动相比，激光等离子体具有较高的比冲和有效载荷比等特点.对纳秒激光脉冲与铝、石墨、铅和碳氢靶相互作用时，等离子体对靶的冲量进行了实验测量，研究了大气与真空环境下的靶动量与激光聚焦面积的关系，并对部分实验结果与理论计算的数值进行了比较.实验结果显示，大气与真空环境下的靶动量有很大的差异，并且真空下的靶动量受材料性质的影响较大，与以往长脉冲激光的实验结果有很大的不同. 关键词： 激光等离子体 动量 动量耦合系数     

激光推进器概念设计研究现状及发展趋势

 激光推进器技术是激光推进技术的关键技术之一，也是其核心技术，而激光推进器概念设计是开展激光推进器技术研究的首要任务。在对国内外文献综合调研的基础上，总结给出了激光推进器概念设计的研究现状。通过对比分析给出了各种激光推进器构形的优缺点，并就激光推进器概念设计的发展趋势进行了分析讨论。     

甘油的黏度对激光等离子体推进的影响

以液体甘油为烧蚀靶材,研究了不同环境温度下超短脉冲激光烧蚀后产生的等离子体的推进特性.实验结果表明:甘油产生的动量和烧蚀压力与环境温度密切相关,其原因是甘油的黏度受温度影响较大.     

Laser propulsion with a high specific impulse using a thin film propellant

A new laser propulsion scheme with a high specific impulse is proposed in this paper.An extremely thin polyimide film is used as the propellant to eliminate thermal diffusion and sputter from the target material.It is found that a high specific impulse of 1520 s can be achieved at 10 11-W/cm 2 laser intensity because of economic use of the propellant.The influences of the laser intensity and the ablation area on the specific impulse are also studied in the experiment.