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.     

激光推进冲量耦合系数的测量方法

激光推进冲量耦合系数是激光推进的重要参数,反映激光能量转化为动能的能力。提出了水平双线支撑激光推进试验方法,推导了水平双线支撑激光推进时光船的运动方程和测量方程;通过高速相机测量位移,利用卡尔曼滤波计算速度的方法;解决了激光脉冲瞬间作用时速度随机起伏大和计算困难的问题。为水平激光推进冲量耦合系数的计算,提供了工程测量和计算方法。     

激光推进冲量耦合系数的测量方法

 激光推进冲量耦合系数是激光推进的重要参数,反映激光能量转化为动能的能力。提出了水平双线支撑激光推进试验方法,推导了水平双线支撑激光推进时光船的运动方程和测量方程;通过高速相机测量位移,利用卡尔曼滤波计算速度的方法;解决了激光脉冲瞬间作用时速度随机起伏大和计算困难的问题。为水平激光推进冲量耦合系数的计算,提供了工程测量和计算方法。     

激光脉冲重复频率对冲量耦合系数的影响

 设计了触发间隔从100 ms到5 ms可调的双脉冲触发器驱动TEA CO₂激光器高压开关,用以模拟激光器不同的输出脉冲重复频率。用该装置精确控制的不同激光脉冲重复频率下,对抛物面型光船模型进行了大气模式激光推进中冲量耦合系数的实验研究。发现冲量耦合系数随着重复频率的增加而下降,而单位时间内光船获得的冲量耦合系数的增量则随着重复频率的增加而增大。初步分析认为,这是由于飞行器内的空气未得到充分的补充造成的。     

激光脉冲重复频率对冲量耦合系数的影响

设计了触发间隔从100 ms到5 ms可调的双脉冲触发器驱动TEA CO2激光器高压开关,用以模拟激光器不同的输出脉冲重复频率。用该装置精确控制的不同激光脉冲重复频率下,对抛物面型光船模型进行了大气模式激光推进中冲量耦合系数的实验研究。发现冲量耦合系数随着重复频率的增加而下降,而单位时间内光船获得的冲量耦合系数的增量则随着重复频率的增加而增大。初步分析认为,这是由于飞行器内的空气未得到充分的补充造成的。     

双束探测光测量激光等离子体动量

提出了一种对激光等离子产生的靶速度进行测量的新方法。该方法除了对烧蚀靶的速度进行直接测量外,而且测量结果不受靶宽度及探测光束的影响。与理论值相比,该方法的实验测量误差小于2%。此外,利用该测量方法对激光烧蚀不同温度下液体水的动量进行了测量,结果发现随水温度的降低,产生的动量呈现增加趋势。     

气压对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

保持CO2激光的单脉冲能量为61.4~64.6 J,采用高精度冲击摆系统进行了不同气压下吸气模式激光推进冲量耦合系数的实验测试,分析了对应的高度特性。结果表明：气压为2.8×104～1×105 Pa,即距离地面0～10 km时,冲量耦合系数大约3.5×10-4 N·s·J-1,上下波动幅度低于5%;气压低于2.8×104 Pa,即高度大于10 km时,冲量耦合系数呈二次曲线显著下降;当气压降至1×103 Pa,即距离地面约31 km高度时,耦合系数仅为9.7×10-5 N·s·J-1。     

气压对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

 保持CO₂激光的单脉冲能量为61.4~64.6 J，采用高精度冲击摆系统进行了不同气压下吸气模式激光推进冲量耦合系数的实验测试，分析了对应的高度特性。结果表明：气压为2.8×10⁴～1×10⁵ Pa，即距离地面0～10 km时，冲量耦合系数大约3.5×10^-4 N·s·J^-1，上下波动幅度低于5%；气压低于2.8×10⁴ Pa，即高度大于10 km时，冲量耦合系数呈二次曲线显著下降；当气压降至1×10³ Pa，即距离地面约31 km高度时，耦合系数仅为9.7×10-5 N·s·J^-1。     

单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

利用透镜聚焦,抛物面喷管约束,结合复摆和光指针测量系统研究了单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响,实验中通过调节激光器工作电压和硅片衰减实现了脉冲能量5~70 J范围的有效拓展;进一步采用纳秒分幅高速相机拍摄了24 J能量下的流场纹影照片。结果表明：在4~9 J低能量和32~70 J较高能量区间,冲量耦合系数均较稳定;9~32 J能量下冲量耦合系数呈线性增长趋势,变化范围(6.5~21.0)×10-5 N·s·J-1;纹影照片显示流场演化经历了激光支持爆轰波、爆燃波和激波3个阶段,耦合系数的变化规律源于不同单脉冲能量对应不同的能量沉积效率。     

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．     

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.     

“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.     

The characteristics of confined ablation in laser propulsion

Compared with direct ablation, confined ablation provides an effective way to obtain a large target momentum and a high coupling coefficient. By using a transparent glass layer to cover the target surface, the coupling coefficient is enhanced by an order of magnitude. With the increase of the gap width between the target surface and the cover layer, the coupling coefficient exponentially decreases. It is found that the coupling coefficient is also related to the thickness of the cover layer.     

激光等离子体推进技术研究新进展

随着激光技术的发展，激光等离子体推进技术越来越来呈现出其独特的优势，现在已成为当前科学研究和推进领域的研究热点之一．文章对激光等离子体推进技术的应用以及目前的研究进展进行了总结．     

激光等离子体推进技术研究新进展

随着激光技术的发展,激光等离子体推进技术越来越来呈现出其独特的优势,现在已成为当前科学研究和推进领域的研究热点之一.文章对激光等离子体推进技术的应用以及目前的研究进展进行了总结.     

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。     

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.     

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。