激光推进是利用远距离高能激光加热工质,使得工质气体热膨胀或者产生电流间接产生推力,推动飞行器前进的新概念推进技术。驱动的飞行器有火箭、无人飞机等。激光推进是推动飞行器前进的新概念推进技术,具有比冲高、有效载荷比大、发射成本低等优点,可广泛用于微小卫星近地轨道发射、地球轨道碎片清除、微小卫星姿态和轨道控制等领域。应用于卫星近地轨道发射时,可使发射成本降低至每千克几百美元,远远低于化学火箭每千克上万美元的发射成本,因而受到各国广泛关注。
激光推进的原理是什么?
激光推进的工作原理主要是指从远距离地基激光装置发出的高能激光束,经过推进器的抛物面反向镜聚焦到吸收室(类似于化学火箭发动机的燃烧室)或换热器上。当聚焦区域的激光能量密度达到或超过气体的击穿阈值时,吸收室里的空气便会形成高温高压的等离子体流场喷射而出,其反作用产生推动飞行器前进的推力。略有不同的是.当工质为液体或固体时,在激光照射下.会发生气化,喷射而出的是高温高压的蒸汽流。作为一种基于强激光与工质相互作用原理的新型推进技术,在工作原理、能量转化方式等方面都不同于现有的化学推进。其中,“两大分离”是其最主要特点,即航天器与能源、能源与工质间的完全分离。
激光推进有哪些分类?
激光推进的分类方式很多,按照所用激光光源的种类,可以分为连续激光推进、脉冲激光推进和换热式激光推进。按照推进剂可分为吸气式激光推进、气体激光推进、液体激光推进和固体激光推进等。其中,换热式激光推进对激光能量/功率等参数要求不高,连续波和脉冲激光都可以作为其光源。国内外的研究工作主要集中在脉冲激光推进领域。
根据是否需要消耗飞行器自身携带的工质,学者们习惯将激光推进分为大气吸气模式和火箭模式。提法还不够统一,也有一些学者将火箭模式称为烧蚀模式。所谓大气吸气模式,特指在稠密大气层中,飞行器将环境中的空气作为工质,而不需要消耗自身携带工质的情况。所谓烧蚀模式激光推进,是指一束高能激光(脉冲或者连续)辐照到稠密介质的表面(固体或者液体),产生蒸气或者等离子体射流,从而产生作用于介质表面的反作用力的推进方式。烧蚀模式激光推进的推重比较高,可以达到15N/kg,其推力随着激光功率的增加而线性变大,比冲的典型值位于200s~3100s之间。