激光空天推进技术的发展及应用

《激光空天推进技术的发展及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、激光空天推进技术的发展及应用　中国首个激光推进及其应用国家重点实验室2012年12月7日在解放军装备学院挂牌成立。实验室的成立将有力推动中国空天飞行推进新技术基础理论研究、前沿技术创新和科研成果推广，为中国空天飞行推进新技术的创新发展提供重要保障。　　激光推进及其应用国家重点实验室的依托单位为装备学院和中国航天科工集团三院三十一研究所。2001年以来，实验室的前身“激光推进技术实验室”开始从事激光推进相关技术研究，逐步形成了激光推进应用基础、等离子体流动控制与推进技术、推进流场测试和诊断技术三个研究方向，在国际上率先提出

2、了激光推进能量转化的重大机理，并实现了部分研究成果的转化应用。实验室组建和培养了由中国科学院院士、科技领军人才和中青年技术专家组成的科技创新团队。近年来，团队获国家和军队科技进步奖15项，其中国家科技进步一等奖1项，国家科技进步二等奖1项，国防科学技术二等奖3项，军队科技进步一等奖1项，获国家发明专利20项，100余篇论文被SCI、EI和ISTP三大国际权威检索工具收录。　　激光推进及其应用国家重点实验室由科技部批准立项建设，是我国首个激光与航空航天交叉领域的实验室。　　激光推进是利用远距离高能激光加热气体工质，使气体热

3、膨胀产生推力，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，可成为新时期空间推进体系中低成本、高可靠、快速机动进入空间动力技术的备选方案。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，当应用于近地轨道发射时，可使发射成本降低到每千克几百美元，远低于目前化学火箭每千克上万美元的成本，因而受到各国广泛关注。　　激光推进光船的早期模型　　20多年前，美国开始研制代号为“星球大战”的导弹防御系统。该系统旨在追踪其他国家发射的导弹，并使用激光器将其击落。虽然这个系统是为战

4、争而设计，但研究人员发现这些高功率激光器还有众多其他用途。有朝一日激光器会用于将宇宙飞船推向轨道和其他星球。　　人类目前使用航天飞机飞向太空，而航天飞机要发射升空，除了要装好几吨燃料外，还必须绑两个巨大的火箭助推器。激光器可供工程师研制出无需装载能源的轻型宇宙飞船。光船本身可充当引擎，而燃料则是光。　　激光推进火箭听上去就像科幻小说里的宇宙飞船——乘着激光束进入太空，它只需少量或无需装载推进剂，而且还无污染。这似乎不可思议，因为人类尚未研制出任何与之相近的设备可用于地球上常规的地面或空中旅行。尽管实现这一目标可能还需要1

5、5-30年，但建造光船的原理已经成功实验了多次。一家名为光动力飞行器技术公司（LightcraftTechnologies）的公司在继续改进始于伦斯勒理工学院（位于纽约特洛伊市）的研究。光船的基本原理　　光船的基本原理非常简单——橡子形飞行器利用镜子接收并聚焦入射激光束，以加热空气并使之爆炸，从而推进飞行器。下面列出了这种革命性推进系统的基本组件：　　二氧化碳激光器——光动力飞行器技术公司使用脉冲激光损伤测试系统(PLVTS)，这是星球大战防御计划的产物。试验光船目前使用10千瓦的脉冲激光器，也是全世界功率最大的激光器之

6、一。　　抛物柱面镜——宇宙飞船的底部是一面镜子，可将激光束聚焦至引擎进气口或机载推进剂。还有一面看似望远镜的镜子充当次级陆基发射机，用于将激光束引导至光船上。　　吸收室——将进气引入吸收室，并由激光束加热膨胀，从而推动光船。　　机载氢——当大气过于稀薄，无法提供足够的空气时，需要少量氢推进剂提供火箭推力。早期光船模型　　光船发射前会喷射一股压缩空气，这些空气将使其以大约10，000转/分（rpm）的速度旋转。当激光器发射脉冲时，会不断加热空气直至燃烧。空气燃烧会产生闪光。　　这种旋转对陀螺式稳定飞行器非常必要。以美式橄榄

7、球为例：为了更精准地传球，四分卫会在踢球时加以旋转。将旋转施加给这种极轻的飞行器，就能让其更稳定地穿过空气。　　一旦光船以最佳速度旋转，激光器就会打开，从而将光船推向空中。10千瓦激光器发射脉冲的频率是25-28次/秒。通过发射脉冲，激光器会继续向上推动飞行器。光束由飞行器底部的抛物柱面镜聚焦，并将空气加热到9982-29982℃，比太阳表面的温度还要高好几倍。空气在高温下会转化为等离子状态，然后等离子发生爆炸并向上推进飞行器。　　这种激光光船也可以使用镜子，将其安装在光船内，投射飞船前方的光束能量。激光束发出的热量会形

8、成空气钉，使飞船四周的空气转向，从而既能减小阻力，又能减少光船吸收的热量。用激光驱动飞机　　2009年8月，美国科学家进行一系列的激光推进实验，有望引发一场利用激光作为推进动力的飞行器革命。借助于激光推进客机，乘客从地球一端到另一端所需要的时间只有不到一小时。　　这项利用高能激光的基础研究性实验正在巴西进行，在这个实