GAP推进剂掺杂对激光烧蚀靶带的影响特性研究(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
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
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：
（1）微推力的高精确度测试方法研究
本文归纳了几种常用的微推力测试方法，融合了激光烧蚀微推力器产生冲量波动大但冲量很小的特点，使用扭力天平测量微冲量的原理来构建一种方便的微推力测试系统，符合纳牛至微牛量级微推力测试的要求。
（2）选用含能聚合物叠氮缩水甘油醚（GAP）为烧蚀靶材，研究最佳推进剂配比，利用流延法制作用于激光烧蚀推进用的靶带。
（3）对GAP进行不同含量的碳掺杂，研究碳掺杂对GAP推力的影响。
2实验装置及测试原理
2.1实验装置与方法
2.1.1 微推力测试原理及装置
冲量耦合系数Cm、比冲Isp是衡量推进性能的两个重要参数。想要得到上述参数，单脉冲烧蚀推进剂的质量和单脉冲产生的冲量是基本的测量量。单脉冲烧蚀推进剂的质量可以通过测定烧蚀层的密度和烧蚀层的体积得到。
微冲量的测量是基于扭摆测冲量的原理，即微小冲量加载于摆臂后，摆臂发生转动，安装于竖直转轴两端的挠性轴产生转动进而产生回复力，该系统为二阶质量—弹簧—阻尼系统。以激光位移传感器测量扭摆在摆动过程中的位移。测得摆动过程中的最大摆幅即可得到所测冲量。最大摆幅与冲量的关系如下：
其中： 为扭摆的最大振幅； 为扭摆对转动轴的转动惯量； 为自由摆动角频率； 为推力器作用点距离转轴的距离； 为位移传感器的测量点距离转轴的距离。扭摆的系统参数 、 可直接测得， 、 可通过对系统的标定得到。系统分辨率为4×10-7 N•s，测量范围为4×10-7N•s~4×10-3N•s。为了配合测试，我们设计了微推力测试样机（图2.1）用于靶带的固定与测试。
2.1.2 光源参数
实验中，使用北京凯普林光电技术有限公司生产的半导体激光器，波长为808nm，最大输出功率为8W，脉宽范围为16us~50ms。使用带聚焦镜头的光纤耦合输出，焦距为6mm，焦点处光斑直径为200µm。经过测定，聚焦光纤的耦合效率为74%。