用于激光烧蚀微推进技术的GAP靶带制备工艺研究(2)
4.3.2 GAP固化温度对靶带孔隙率的影响 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献25
1 引言
1.1 背景及意义
在空间探索的初期，科学家的目标主要集中在如何制作大推力的发动机来满足空间探索的需要。伴随着MEMS技术的迅猛发展，微纳卫星技术也正迅速地崛起。通常来说，我们将重量大于100kg的卫星称作大卫星，质量介于100kg与10kg之间的卫星称作微星，小于10kg的卫星称为纳星，低于1kg的卫星称作皮星。微纳卫星具有制作和发射成本低、周期短、隐身性好、机动性好等特点[1]。
推力器是卫星能够保证实现轨道保持、卫星姿态控制以及机动等目的的重要组件之一。由于微纳卫星具有质量轻、体积小等特点，其用于卫星轨道保持和姿态控制所需的推力很小，因而所需要的精度更精准。一般来说，通常所需的量级在10-9 Ns～10-3Ns(即nNs- mNs)之间。而且，微纳卫星所能供给的电源也有限，功率通常为数瓦。综上可知，我们必须设计专门适用于微纳卫星使用的质量轻、体积小、推力单元小、功耗低、寿命长的新型微推进系统。伴随着近年来激光技术的迅猛发展，在微推进领域，激光烧蚀微推进技术越来越受到人们的关注，正在成为一种热门方案。
图1.1 激光推进示意图
1.2 国内外研究现状
1.2.1 几种主要的推进方式
1.2.2 国外激光推进研究现状
1.2.3 国内激光推进研究现状
1.3 本文主要研究内容
根据国内外的文献报道可知，国内对于激光烧蚀微推进的研究仍然处于起步阶段。本文针对激光烧蚀推进研究中的GAP靶带均匀性差和比冲较低等问题，主要开展了以下几方面的研究：
（1）选用含能聚合物叠氮缩水甘油醚（GAP）为烧蚀材料，研究最佳推进剂配比，利用用流延法制作了用于激光烧蚀推进用的靶带；
（2）研究不同种类固化剂对GAP靶带固化效果的影响；
（3）改变GAP靶带加工成型工艺，探索不同温度、不同厚度条件下所得靶带的成型质量；
（4）激光烧蚀靶带性能研究。采用扫描电子显微镜、激光扫描共聚焦显微镜等方法对靶带的制作材料及靶带烧蚀层进行表征及气孔隙率研究。
2 激光烧蚀靶材的选择
正确的选择合理的推进剂对改进激光推进系统性能并且提高推进效率有着十分重要的影响。对于体形材料作推进剂，如高聚物，每一个激光脉冲都能深入到推进剂里同时产生相当质量的碎片，这使得Cm和（冲量耦合系数）推力较大。但是由于Cm和Isp（比冲）的相互制约关系，产生的气体速度较低。相反，如果使用面状材料作为推进剂，如金属，入射激光只能烧蚀很少的推进剂，这种材料的推进系统产生的较小的推力，Isp较大。根据相应的报道，国内外学者对大量的推进剂进行了研究，包括各种常见的各种金属（Al、Fe、Cu、Au、Pb、Mg等），此外还包含了特殊设计的含能材料[9]。
2.1 金属推进剂
在激光推进的试验中，金属铝是一种采用比较多的靶材。1993年，王春彦[10]对铝靶使用铷玻璃激光器进行了系列实验。实验表明，在脉宽不同的条件下，随着激光功率的增加，铝的Cm出现先升后降的趋势，极大值在在功率密度为108W/cm2左右取得，但是Cm没有大过10dyne/W。
美国阿拉巴马大学的A.V.Pakhomov等人[2]采用飞行时间质谱（TOF）法对各种金属推进剂的烧蚀性能进行了研究。实验结果表明，对于不同的材料，比冲随金属原子量增加而减小，但是冲量耦合系数则出现相反的趋势。认为在中原子量的金属可兼顾比冲和冲量耦合系数，其研究中铝的比冲达到了5000s。窦志国[9]等人对大量材料烧蚀推进性能进行了对比分析，提出了根据推进剂的物理性能进行优选的方法，认为铜、铁、锌是较好的金属推进剂。