激光等离子体推进技术国内外研究现状

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激光等离子体推进技术的工作原理和发展现状激光等离子体推进的基本原理和火箭发动机原理近似，都是利用反冲运动的原理来催动飞行器。这两个之间的差异在于激光等离子体推进使用的是激光束的能量来加入推进剂，而不是依靠推进剂自身的燃烧，这使得它超过燃烧分度的限定，形成中心温度为10000到20000K或者更高的高温等离子体。喷射出的高温的等离子体有着极强的做功能力，根据实验和理论数据我们得出，激光推进的比冲可以高于1000s[3]。 47846

激光推进器的工作原理是激光束经透镜聚焦到推进剂的后表面，然后产生高温高压的向后喷射的等离子体，利用等离子体的反作用力来推进飞行器移动。利用等离子喷射的反作用力来推动飞行器，他的推进剂既可以是气体，也可以是固体或者液体。

现代化学火箭原理在理论上只能够产生4000至5000K的温度，而激光推进剂中利用高能激光与物质相互作用，可以将轻的推进剂加热到高温等离子态，得到远远超过在空气中燃烧极限的气体温度，这种高温等离子体的温度往往可以打到20000K[4]。

目前，除去激光推进技术外，卫星推进技术主要有下列几种主要的推进方式：等离子体推力器、霍尔推进器、场发射电推力器、胶体离子推力器和冷气推进等。

（1）离子推力器即利用上千伏特的电压对推进剂进行电离，使电离出来的离子迅速加速，最高可以打到30000m/s。高速离子可以产生极高的比冲。使用这种等离子体推进器可以成功的减少卫星所携带的燃料，从而减少卫星的总质量，但这种推进器的功耗较高。

（2）霍尔力器就是使用霍尔效应对磁场中的带电离子进行加速。霍尔推力器比一般的推力器的体积小，比较适用于长期任务。虽然霍尔推力器的体积更小，但功耗还是很大，而且由于其质量很大，所以霍尔推力器无法符合微推进的要求。

（3）场发射电推力器由于其体积小，推力小，已经被广泛应用至卫星的姿轨控之中。其主要作用原理是在一个二维毛细状供给槽的尖端，槽带上有唇缘，宽度为几毫米和几厘米之间的缝隙，前端通过的电极宽度为0.5-1mm，取碱金属例如（ NA）的电离子，中和作用通过场效应发射阵列阴极来完成，推力的范围在1μN和5mN之间。场发射电推力器提供的比冲较高，使用寿命很长，易于控制。但也有着能量利用率较低，电压差需求高，碱金属会对航天器材进行腐蚀等缺点。

（4）胶体推力器是通过位于毛细管出口和电极之间的磁场产生的经典效应来加速毛细管内的液滴，使之携带的电荷进行分离。液体可以选用非金属，并且所抽取的工质液体是亚微观结构的小滴，不是单个的离子。这种推力器有着很适合空间微推力器的推力功率比，在目前的发展也得到了极高的重视

（5）固体冷气推力器是一种最新研究的推力器，其原理是对固体氮气进行加热，使之热分解产生氮气，形成推力。这种推力器的主要特别为体积小，质量轻，结构不复杂。但氮气所产生的比冲较低是这种推力器的明显缺点。

2国外激光推进研究现状

从公开发表的文献来看，1972年，美国学者Kantrowitz最先提出了激光烧蚀推进概念，即使用激光烧蚀喷射等离子体，应用其反冲力量来代替化学物质燃烧推进飞行器的想法[6]，由此正式开启了激光推进的研究历史。在激光微推进概念提出后不久，其他国家如德国、前苏联、日本等也开始涉及这个区域，他们最初的主要想法就是大幅度缩减在卫星发射方面的经费。A.N.Pirri团队开展了首次激光推进实验。1974年，A.N.Pirri团队使用波长10.6μm、脉宽100μs、峰值功率在兆瓦数量级的脉冲CO2激光模拟连续激光，制造了一个专门设计的喷嘴模型，在真空中测得了10-100dyne/W的冲量耦合系数[7]。1997年，美国空军实验室的推进部与美国宇航局的空间卫星中心使用重复频率10Hz，单脉冲能量1000焦耳的CO2激光器，将半径7.7厘米，重量约为42g的模型在3s内发射至22m的高空，正式标志着美国对于激光推进的研究初步成型。