(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。
1.2.2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。
在后期日本小泉研究室对液体激光推进进行的研究,利用微推进单元为微型卫星提供姿态控制,使其能在深度空间提供线性推力,为微推进技术在航天航空中的应用产生了重大影响[8]。
1.2.3国内激光推进研究现状
从上世纪末启,中国展开了针对激光推进技术的科研项目。20世纪80年代,华中科技大学在国内第一次开始了激光推进基础实验摸索。九十年代末,国内大批科研院所进行了探索性实验,如中国科学院物理所、中国科学院电子所、装备指挥学院、中国科学技术大学、南开大学、中国工程物理研究院[9] 等。开展了针对激光驱动模型飞行、激光等离子体飞行物理机理等方面开展了相应的实验。
2005年,中国科学院电子所将焦距10mm、质量为4.2mg的航天装置用脉冲能量13J、频率加为50Hz的TEA CO2激光器推进到2.6m的高度,飞行时间为1.75s[3]。2005年,中国科学院物理所的张杰团队利用飞秒激光开展了激光推进实验[29],冲量耦合系数超过8.5dyne/W,实现了长距离内的稳定推进。2006年,团队使用最大脉宽能量7ns、800mJ的激光器研究了碳靶材、铅、铜以及铝的烧蚀特性,实验说明得到的气体压力与冲量和靶材相关[9]。
2009年,程建中试验使用用TEA CO2激光器烧蚀掺有不同半径的金属颗粒、不同浓度、不同元素的PVC靶材。实现发现,未掺杂的PVC靶材与掺杂后的PVC靶材的比冲相比,在不同功率大小的激光烧蚀下后者提升明显[10]。
2013年,解放军装备学院在北京建成了中国首个激光推进及其应用国家重点实验室。成立的实验室会大大推动我国在激光领域的基础理论研究、前沿技术创新和科研成果推广[11]。
1.3 本文主要研究内容
本文针对激光烧蚀推进研究中的微小冲量测试和靶带掺杂测试,开展了以下几方面的研究:
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