[发明专利]一种电子束烧蚀推进方法及系统

说明书

技术领域

本发明是关于等离子体推进技术，特别是关于一种电子束烧蚀推进方法及系统。

背景技术

在航天领域，卫星微型化已成为一种发展趋势。近年来，随着机械微电子技术的发展，微卫星、纳卫星和皮卫星技术得到了迅猛发展。为了构建微卫星星座，需要对微小卫星进行精确的变轨和调姿控制，这不但要求推进器自身重量尽可能小，还要求推进器提供范围应尽可能大的推进力，即产生μN量级至mN量级的推进力。

现有的MEMS推进技术包括化学推进与电推进，需要将普通推进器通过芯片绑定和SOC(System on a Chip)技术加工在厘米尺度的芯片中，化学微推进还需要将寻址驱动电路、点火器、工质储箱、燃烧室、微型阀和微喷嘴集成在一片芯片中，通过数控点火装置引燃燃料，燃料迅速气化并喷射出来，产生推力。这种MEMS推进阵列的储箱和燃烧室合为一体，推进剂需要一次性加注，因此所携带能量有限，推进器总冲较小，工作寿命有限。并且目前的MEMS加工大多数是以硅作材料，而硅与各种推进剂存在兼容性的问题，硅本身的烧蚀推进性能也不好。此外，它的制作过程会受到“小尺度效应”的影响。再者，这种推进器还存在泄漏和污染等问题。

现有的推进器包括以激光器作为能量源的推进器，从激光器中发出来的光，经光学元件聚焦到被烧蚀物质的靶面，通过激光与靶材的相互作用，喷出高温高压的气体或微小固体颗粒，这种气体或固体颗粒的反冲使飞行器产生推力。由于这种推进技术以激光作为能量源及激光本身的特性，使得激光推进技术具有如下缺点：1、激光的能量转换效率较低，常用的CO2激光器能量转换效率不足20％，最新的光纤激光器转换效率也不超过30％，从而导致推进器的能量利用率低；2、对于比冲性能高的单元素材料，激光烧蚀的冲量耦合系数较低，产生的推力小；3、激光与材料的作用深度比较浅；4、激光很难烧蚀高反射率的材料，使得推进器的靶材选择受到限制；5、毫秒级激光由于作用时间较长，靶材只能选择热导率低的聚合物，纳秒级激光作用时间短，但是受到现有激光技术的限制，很难经过小型化设计后应用到微卫星上。

发明内容

本发明提供一种电子束烧蚀推进方法及系统，以使电子束烧蚀靶材实现微推进。

为了实现上述目的，在一实施例中，本发明提供了一种电子束烧蚀推进方法，该方法包括：采用电子束产生装置产生电子束，并使电子束经过所述电子束产生装置的出口射向靶材；电子束烧蚀所述靶材产生反冲推力推动所述靶材。

为了实现上述目的，在一实施例中，本发明还提供了一种电子束烧蚀推进系统，该系统包括：电子束产生装置及靶材。其中所述电子束产生装置用于产生电子束，并使所述电子束经过所述电子束产生装置出口射向所述靶材，以产生烧蚀反冲推力推动所述靶材；所述靶材用于接收所述电子束，并在所述电子束的烧蚀作用下向外产生气体或者微小颗粒。

本发明实施例的有益效果在于，能量转换效率非常高，同样的条件下，靶材与短脉冲强流电子束相互作用的冲量耦合系数更高，因而可以用比冲性能高的单元素金属作为靶材，解决激光烧蚀推进技术中因为冲量耦合系数低而不能使用比冲性能高的单元素金属的问题；脉宽为几十纳秒，作用时间极短，能够实现微小冲量的单次注入；与靶材相互作用的响应时间快；烧蚀束斑小，作用区域精准，便于推进的精确定位；可控性能好，通过调节束源的脉宽、频率、峰值功率密度等，可以完成对推进性能的控制；不受靶材物质反射性能的影响，可以用来烧蚀如金、银、铜、铝等难于与被激光烧蚀的材料；每个脉冲的烧蚀质量很小，所以推进器的总冲很大，使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1A为本发明实施例电子束烧蚀推进系统的结构示意图；

图1B为本发明另一实施例电子束烧蚀推进系统的结构示意图；

图2为本发明实施例赝火花放电装置的结构示意图；

图3为本发明实施例赝火花放电室的结构示意图；

图4为本发明实施例的电子束烧蚀推进方法流程图；

图5为本发明另一实施例电子束烧蚀推进系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一