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”激光推进等离子体的光谱诊断

利用Nd:YAG激光器(1.06μm,10 ns)与激光推进中可能应用到的工质材料(LY12铝、H62铜、45#钢、石墨、PVC、聚甲醛)相互作用,记录了铝和铜等离子体的发射光谱,研究了它们随空间的演化和随功率密度的变化.在局部热平衡假定下,由特征谱线的相对强度得到了二者的电子温度以及铝等离子体的电子密度和电离度,以及随激光功率密度的变化和空间演化规律.同时利用相机B门拍摄到六种材料的烧蚀喷出物照片,并做了分析.     

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。     

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。     

湿度对激光诱导土壤等离子体特性的影响

为研究土壤湿度对激光等离子体的影响,通过制备六种不同湿度的土壤样品进行实验,选取铅的特征谱线(Pb:405.78nm)为分析线。实验结果表明,随着土壤湿度的增加,谱线的强度、信噪比及RSD线性减小。在局部热力学平衡近似下,选取铁在400～440nm波长范围内的四条特征谱线,利用玻尔兹曼图,测定了等离子体温度在不同湿度下的变化特性,随着湿度从零增加到20%,等离子体温度从11800K近似单调的下降到7800K,电子密度从3.3×106cm-3减小到2.8×106cm-3。     

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。     

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.     

Solid-like ablation propulsion generation in nanosecond pulsed laser interaction with carbon-doped glycerol

A solid-like propellant of carbon-doped glycerol ablated by a nanosecond pulsed laser is investigated. The results show that the specific impulse increases with increasing carbon content, and a maximum value of 228s is obtained. The high specific impulse is attributed to the low ablated mass loss that occurs at high carbon content. More importantly, with increasing carbon content, the properties of the doped glycerol approach to those of a solid. These results indicate that propulsion at the required coupling coefficient and specific impulse can be realized by doping a liquid propellant with an absorber.     

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.     

温度对液体黏度影响的实验研究

利用自主开发的多光电门可变温式液体黏度测试仪研究了液体黏度随温度变化的关系,得到了实验曲线,显示了不同温度区段的变化特性.     

用于激光推进的高功率激光器的选择

从激光推进的要求出发,阐述了用于激光推进的高功率激光器的选择原则,即激光器必须满足：（1）高的平均功率和峰值功率;（2）高的单脉冲能量;（3）高的重复频率;（4）优良的大气传输特性。主要分析了目前YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA脉冲CO2激光器的特点,通过上述4个方面性能的比较,认为在目前水平下,TEA脉冲CO2激光器是进行激光推进的首选强激光源,其优点表现在：功率可达10kW量级,单脉冲能量可达0.5~1kJ,重复频率为20~40Hz;激光波长处于大气传输窗口,对大气变化不敏感;工作物质快速流动,不存在热透镜效应和破坏阈值;相关光学元件易于制造;光束质量较好;运行成本低。