激光烧蚀微推进技术研究(2)
激光等离子体推进作为一种杰出的推进技术慢慢呈现出其他推进技术无法替代的优势和远景。推力器是卫星姿态控制、轨道保持以及机动的重要执行元件。因为微纳卫星的质量非常小，所以用于卫星轨道保持和姿态控制所需的推力要求精度很高，但并不需要很大。除此之外，还要求推力（冲量）有较宽的调节范围。根据卫星相对位置控制精度的不同，我们需要一个较大的冲量范围波动，通常在10-9 N·s～10-3 N·s左右。因为微星的体积和质量非常小，所以其电源供电量也是很有限的，通常只有几瓦的功率。所以，我们必须设计出专门用于微纳卫星使用的质量轻、体积小、推力单元小、功耗低、长寿命的新型微推进系统。随着激光技术的发展，对于激光烧蚀微推进技术的研究越来越成熟，激光烧蚀微推进技术已经成为微纳卫星推进系统中不可缺少的一部分。
图1.1激光推进示意图
1.2 国内外研究现状
1.2.1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]。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文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。
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