A laser micro-propulsion device and method based on nano-fluid micro-droplet working medium are presented, which includes a propeller shell, a working medium cabin, an auxiliary gas tank and a micro-fluidic control module. Tightly connected, microfluidic components run through the two; auxiliary gas tank and microfluidic components connected; refrigerant cabin and microfluidic components connected. Nanofluidic micro-droplets are generated and manipulated by micro-fluidic modules. Incidental laser beam focusing is achieved by reflecting mirrors on the inner surface of the propeller shell. Nanofluidic micro-droplets strengthen the absorption of irradiated laser and form violent breakage. Reaction propulsion is formed by impacting the surface of the propeller shell. The device has remarkable structural integration and functional characteristics, unique selection of propellant, high specific impulse, high impulse coupling coefficient and high energy conversion efficiency, and controllable propulsion process.
【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米流体微液滴工质的激光微推进装置及方法
本专利技术涉及一种新型激光微推进装置及方法,特别是涉及一种利用纳米流体微液滴工质的激光微推进装置,可作为在轨飞行器机动变轨、空间运输及空间碎片垃圾清运的重要手段。同时,该系统还可在未来深远空无人探测领域发挥重要作用。
技术介绍
低成本、高可靠和快速机动一直是航天推进技术的发展方向。激光推进以其能源与工质、能源与飞行器完全分离的两个突出特点,第一次使推进系统同时获得理想推力和较高比冲成为可能。工质(靶材)的选择一直是激光微推进技术的重要研究内容之一。推进工质一般分为气体工质、液体工质和固体工质。气体工质一般具有较高的推进比冲,但冲量耦合系数较小,同时不适合太空环境,不能作为合适工质;固体工质和液体工质由于物性多样性,对推进性能参数的调节范围较宽,可以获得较大范围内的比冲和冲量耦合系数。但相对于固体工质,液体工质能够产生更大冲量耦合系数,且便于存储和供给,是一种较为理想激光微推进工质。但液体工质由于溅射等因素影响,导致其比冲较小。提高比冲的有效方法是减少溅射并降低溅射影响。目前减少溅射的途径主要包括改变工质结构形态和增大工质粘度两种。纳米流体微液滴也称胶体微液滴,是在传统微液滴内部弥散纳米颗粒。激光辐照会在纳米颗粒表面形成局域等离激元共振现象,这种等离子体激元集体振荡行为会极大强化激光能量的吸收效果,会在纳米颗粒周围形成局域瞬时高温真空环境,导致气泡形成。纳米颗粒的局域表面等离激元振荡和气泡空化会造成纳米流体微液滴破碎强烈且彻底,破碎微液滴会在极短时间内对推进器壳体产生极强反作用力。纳米颗粒微液滴在激光辐照作用 ...
【技术保护点】
1.一种基于纳米流体微液滴工质的激光微推进装置,其特征在于:包括推进器壳体、工质舱体、辅助气体储罐、微流控组件;其中,辅助气体储罐与工质舱体采用一体化设计,两者之间通过调节阀实现联通;工质舱体与推进器壳体紧固连接,微流控组件贯穿于两者之间;辅助气体储罐与微流控组件联通;工质舱体与微流控组件联通。
【技术特征摘要】
1.一种基于纳米流体微液滴工质的激光微推进装置,其特征在于:包括推进器壳体、工质舱体、辅助气体储罐、微流控组件;其中,辅助气体储罐与工质舱体采用一体化设计,两者之间通过调节阀实现联通;工质舱体与推进器壳体紧固连接,微流控组件贯穿于两者之间;辅助气体储罐与微流控组件联通;工质舱体与微流控组件联通。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米流体微液滴工质的激光微推进装置,其特征在于:所述推进器壳体采用抛物线低阻外形,在推进器壳体内表面间隔布置用于汇聚入射激光光斑至抛物线焦点处的反射镜;反射镜表面喷涂超疏水涂层。3.根据权利要求1所述的一种基于纳米流体微液滴工质的激光微推进装置,其特征在于:所述工质舱体与推进器壳体通过螺纹套筒实现紧固连接,工质舱体与辅助气体储罐实现一体化设计与组装,底部充填纳米流体工质,顶部充填辅助气体。4.根据权利要求1所述的一种基于纳米流体微液滴工质的激光微推进装置,其特征在于:所述微流控组件包括气体管路、微通道及调节阀,气体管路与微通道交叉位置形成连接通孔,调节阀控制气体管路内部气体压强,实现纳米流体微通道内部可控流动与纳米流体微液滴可控生成。5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员:王超,姚伟,吕晓辰,马蓉,
申请(专利权)人:中国空间技术研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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