[发明专利]激光推进装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光推进领域，特别涉及一种激光推进装置。

背景技术

激光推进是上世纪70年代由美国学者Kantrowitz提出的一种新概念推进技术，其基本原理是使用强激光来辐照烧蚀火箭尾部的推进剂，产生远远超越燃烧温度的等离子体，高温高压的激光等离子体以极高的速度喷射，产生强大的反冲作用，从而推动火箭前进。在该领域中，比冲(产生单位冲量所消耗的推进剂的质量，工程学中，为了方便起见，常在比冲的国际单位N·s/kg的分母上乘以重力加速度g，所以比冲的单位通常为秒)是衡量激光推进的燃料利用率的最重要的技术指标。由于激光等离子体推进理论上能产生比传统的化学燃料火箭高几十倍的比冲，同时还具有低成本、环保、安全等特点，因此得到研究人员的广泛关注。然而，以往的实验研究通常采用激光脉冲直接辐照固体推进剂产生高速的等离子体喷流，其存在的问题是由于固体推进剂存在热传导作用，因此在该作用下一部分固体推进剂被汽化或溅射以非常低的速度脱离了固体推进剂的表面，造成一部分质量损失，所获得的比冲比理论值小很多。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，通过激光脉冲辐照推进剂使其基本上转换为等离子体，从而提供一种实现高比冲激光推进的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种激光推进装置，包括激光器、推进剂供给装置、激光聚焦设备以及燃烧室；其中

所述激光器用于产生激光；

所述激光聚焦设备用于聚焦所述激光到所述推进剂上；

所述推进剂供给装置用于提供所述推进剂，并且在激光辐照区域内的所述推进剂基本上转换为等离子体；

所述燃烧室用于将所述等离子体的能量传送给光船。

根据本发明的第二个方面，其中所述推进剂为薄膜推进剂或轻制泡沫材料推进剂，其厚度小于或等于激光脉冲的烧蚀深度。

根据本发明的第三个方面，其中所述推进剂为固体颗粒或团簇推进剂。

根据本发明的第四个方面，其中所述薄膜推进剂或轻制泡沫材料推进剂采用的推进剂供给装置为带式或盘式传送装置。

根据本发明的第五个方面，其中所述固体颗粒或团簇推进剂采用的推进剂供给装置为喷嘴，所述喷嘴的喷射频率同步于激光脉冲的频率。

根据本发明的第六个方面，其中所述激光聚焦设备和燃烧室可以为一体化的。

本发明采用的薄膜推进剂、轻制泡沫材料推进剂、固体颗粒或团簇推进剂的面密度均比较低，这里所说的面密度是物质的体密度乘它的厚度(物体单位面积所含有的物质的容量)，也就是说同一种材料，厚度越小，面密度越低。而这个面密度是和物体的烧蚀深度直接相关联的，物质的面密度越低，材料被烧蚀的越充分，热传导和溅射的影响越小。

与现有激光推进装置相比，本发明的激光推进装置能够避免激光烧蚀固体推进剂时伴随的热传导以及材料溅射造成的推进剂损失，因此能够大幅度提高激光推进的实际比冲，延长光船在太空飞行的寿命。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明采用薄膜推进剂的一个实施例的激光推进装置示意图；

图2是根据本发明采用薄膜推进剂的另一个实施例的激光推进装置示意图；

图3是根据本发明采用固体颗粒或团簇推进剂的一个实施例的激光推进装置示意图；

图4a和图4b分别是用于验证本发明效果的实验原理图和实物图；

图5是根据本发明采用盘式传送装置的一个实施例的激光推进装置示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1是根据本发明采用薄膜推进剂的一个实施例的激光推进装置示意图，该装置包括脉冲激光器101，抛面镜102，燃烧室106和带式传送装置107；其中所述带式传送装置用于不间断地提供薄膜推进剂103，所述薄膜推进剂位于抛面镜102顶端的开口中，并位于抛面镜102的焦点处，使得所述抛面镜能够将激光聚焦到该薄膜推进剂上。优选地，薄膜推进剂的厚度小于或等于激光脉冲的烧蚀深度，使激光可以完全穿过，以便当激光辐照其上时该薄膜推进剂基本上被完全烧蚀；另外薄膜推进剂厚度小、横向热传导也比较低，这样在激光照射区域薄膜推进剂不会由于热扩散造成质量损失。在本发明中，所述薄膜推进剂可以是1～3μm的CH膜，也可以是厚度≤1μm的金属膜，例如Al膜。