激光等离子体烧蚀推力的机理研究

马真艳,张兴强

(湖北汽车工业学院理学院,湖北 十堰 442002)

1 引 言

激光作为划时代的伟大创举,已广泛应用于众多领域,对人类文明和社会进步等发挥了巨大的推动作用。众所周知,人类的飞天梦想可以追溯到遥远的过去,为了实现这一目标,人、财、物的投入量是无法想象的。随着科技的发展,航空航天技术正在发生深刻的变革,超高速飞行和超远距离的深空探测不断昭示着新的推进方法和推进技术的问世。目前的化学燃料推进方法普遍采用氧化还原反应原理,利用生成物质的高温高压对推进器产生反冲压力,推动飞行器前进。通常情况下,所生成的物质为高温高压气体,温度和压力都是有限的,因而化学燃料推进方法对飞行器产生的推力受到限制,故寻求新的推进方法已迫在眉睫[1-3]。激光推进技术以光能作为动力,适合真空环境下的超远距离深空探测,如太阳帆,光帆等。此外,激光与物质相互作用产生的激光等离子体也可以作为推进工质来推动物体前进。激光等离子体不同于化学反应产生的气体,其温度和压强都非常高,产生的比推力、比冲、推力/质量比等都很大,推进效率、能量耦合系数等也超过化学燃料推进,因此,受到了人们的普遍青睐。当激光束的功率较低时,主要发生烧蚀推进,等离子体的烧蚀压并不大,这一阶段的研究集中于推进机理的验证,推进参数的测量,推进剂的选择,推进模型的建立等[4-5]。提高激光束的功率到一定程度,与激光等离子体伴生的是冲击波,在激光等离子体冲击波扫过的区域,等离子体得以加温升压,这对激光推进是十分有利的。……