[发明专利]一种基于相控阵控制的激光推进方法

说明书

本发明公开了一种基于相控阵控制的激光推进方法，包括：控制单元对相控阵进行控制，激光器光束通过相控阵作用精准投射到与被推进物连接的换能器上；换能器将激光器光束的光能转换为动能推动被推进物，被推进物在被推动的过程中不断将自身的信息反馈给接收单元并传达给控制单元，控制单元根据反馈信号调整控制信号对相控阵进行控制使光束始终能够精准投射到换能器上。本发明可以通过相控阵对光束精准的控制实现角度扫描。该方法相对于传统的机械转动激光推进来说，具有转动灵活、转动灵敏度高、转动速度快等优点。

技术领域

本发明涉及激光推进领域，具体涉及一种基于相控阵控制的激光推进方法。

背景技术

激光推进是利用激光光压或者能量转换推动航天器的技术。目前采用的化学燃料推进中，携带的化学燃料重量占比非常大，推进过程中大部分能量消耗在推动携带的燃料上，效率非常低。激光推进是通过光压或者激光转换能量推进航天器，相对于化学推进载荷比更高，可以突破化学推进飞行器的最大速度限制，能够根据需要，实现比冲和冲量耦合系数的更大范围的调节。相控阵是利用阵列单元控制光束方向，各个发射单元发出的光是相干的，通过控制各个单元发出光波的强度和相位关系可以实现光束的整形和不同方向的发射。相控阵波束控制相对于传统的机械转动具有转动速度快、转动分辨率高等优点。

申请公布号为CN101737201A(申请号为200810225519.4)的中国发明专利申请公开了一种激光推进装置，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成为等离子体，所述燃烧室用于将所述等离子体的能量传递给光船。

发明内容

本发明提供了一种基于相控阵控制的激光推进方法，可以通过相控阵对光束精准的控制实现角度扫描。该方法相对于传统的机械转动激光推进来说，具有转动灵活、转动灵敏度高、转动速度快等优点。此外，本方法可以实现多光波叠加进一步增加出光功率，可以实现多光波的灵活控制，将相控阵技术应用于激光推进尚属首次。

一种基于相控阵控制的激光推进方法，包括以下步骤：

1)控制单元对相控阵进行控制，激光器光束通过相控阵作用精准投射到与被推进物连接的换能器上；

2)换能器将激光器光束的光能转换为动能推动被推进物，被推进物在被推动的过程中不断将自身的信息反馈给接收单元并传达给控制单元，控制单元根据反馈信号(反馈的被推进物自身的信息)调整控制信号对相控阵进行控制使光束始终能够精准投射到换能器上。

步骤1)中，所述的相控阵包括分束器、与所述分束器的出光面连接的多个移相器以及与各个移相器连接的各个发射单元，所述的分束器的进光面与所述激光器光束连接。

控制单元对相控阵进行控制，具体包括：

控制单元发出的控制信号作用于分束器和移相器，分束器将激光器发出光束分成多份，移相器为每一份光束加上一个附加相移，各光束之间具有相干特性，再通过各个发射单元形成的发射单元阵列发射出去之后在空间相互干涉形成相干增强，通过控制每部分的强度和附加相位实现精准的空间发射。

控制单元发出的控制信号作用于分束器和移相器，分束器将激光器发出光束分成多份，移相器为每一份光束加上一个附加相移，各光束之间具有相干特性，激光器发出的光束经过分束器被分成n份，每份的电场强度为E₁，E₂，E₃…E_i…E_n，附加在每一份的相移分别为φ₁，φ₂，φ₃…φ_i…φ_n，同时，具有n个发射单元，各光束之间具有相干特性，再通过各个发射单元形成的发射单元阵列发射出去之后在空间相互干涉形成相干增强，干涉公式如下：