一种基于激光推进的空间碎片能量转化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及空间碎片利用技术领域，尤其涉及一种基于激光推进的空间碎片能量转化装置及方法。该装置包括装置本体以及分别设置在所述装置本体上的光学准直机构、光学分光机构、光学工质耦合机构和工质供给机构，其中所述光学分光机构设置在所述光学准直机构的底部，各所述光学工质耦合机构分别与各所述工质供给机构一一对应连接。本发明专利技术将空间碎片作为激光推进的固态工质，利用激光与收集到的空间碎片相互作用，引起空间碎片烧蚀和气化并电离形成等离子体，等离子体爆燃波压缩空间碎片表面产生推力，从而实现空间碎片的再利用，具有结构简单，能量转化利用效率高，不会对空间环境造成二次污染的优点，可直接应用于空间飞行器的在轨控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间碎片利用
，尤其涉及一种基于激光推进的空间碎片能量转化装置及方法。
技术介绍
空间碎片长期以来作为有害的存在对航天活动产生了制约与危害,而空间碎片的日益增多，已经严重影响了空间安全。空间维护的传统方式是将空间碎片清除离轨，这样固然能保护空间飞行器的运行环境，但也造成了这些空间碎片物质的直接浪费，因此探索一种将空间碎片有效的利用起来为空间飞行器服务的新途径极具应用价值。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种基于激光推进的空间碎片能量转化装置及方法，解决传统空间维护方式存在的空间碎片物质无法有效利用的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于激光推进的空间碎片能量转化装置，包括装置本体以及分别设置在所述装置本体上的光学准直机构、光学分光机构、至少一个光学工质耦合机构和至少一个工质供给机构，其中所述光学分光机构设置在所述光学准直机构的底部，各所述光学工质耦合机构分别对应设置在所述光学分光机构的光束输出方向上，各所述光学工质耦合机构分别与各所述工质供给机构一一对应连接；所述光学准直机构用于将入射激光束进行准直，并将准直后的准直激光束传输至所述光学分光机构；所述光学分光机构用于将所述准直激光束分成至少一个方向的分体激光束，并将所述分体激光束传输至所述工质耦合机构；所述工质供给机构用于向所述工质耦合机构输送固态工质；所述工质耦合机构利用所述分体激光束与所述固态工质发生烧蚀耦合，形成等离子体反喷产生推力。进一步地，所述光学准直机构包括菲涅耳透镜和聚集透镜，所述菲涅耳透镜用于将所述入射激光束聚焦在所述菲涅耳透镜的焦点上，形成点光源，所述聚集透镜的焦点与所述菲涅耳透镜的焦点相同，位于焦点的点光源经过所述聚集透镜形成平行光束。进一步地，所述光学分光机构包括至少一个分光镜以及与所述分光镜相配合的多个反射镜，各所述分光镜分别用于将所述准直激光束分成沿指定方向的分体激光束，所述反射镜用于将所述分体激光束反射至指定位置。进一步地，所述工质供给机构包括行程控制器、与所述行程控制器连接的工质推送板、以及工质支撑板，其中所述行程控制器用于控制所述工质推送板的运动位置，所述工质推送板用于带动固态工质运动，所述工质支撑板用于支撑所述固态工质。进一步地，所述工质耦合机构包括耦合腔体，所述耦合腔体设有分体激光束输入通道、固态工质输入通道和离子体反喷输出通道。进一步地，还包括设置在所述装置本体上的激光器，所述激光器用于向所述光学准直机构发出入射激光束。具体地，所述光学分光机构与所述光学准直机构通过第一卡扣结构连接，所述光学工质耦合机构与所述工质供给机构通过第二卡扣机构连接。本专利技术还提供了一种基于激光推进的空间碎片能量转化方法，将上述的基于激光推进的空间碎片能量转化装置安装到飞行器上；该方法具体包括如下步骤：第一步，将收集到的空间碎片制作为圆柱状固态工质，并将所述圆柱状固态工质加载到所述的空间碎片能量转化装置中；第二步，通过激光器发射入射激光束至光学准直机构，经过所述光学准直机构完成入射激光束的准直，并将准直后的准直激光束传输到光学分光机构；第三步，所述光学分光机构按需要将所述准直激光束分成至少一个方向的分体激光束，并将所述分体激光束输出至工质耦合机构；第四步，通过工质供给机构将所述圆柱状固态工质推送至所述工质耦合机构，使所述圆柱状固态工质与所述分体激光束相互作用形成等离子体反喷产生推力；第五步，通过所述推力直接为飞行器提供在轨动力，实现空间碎片能量的直接转化利用。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：1、本专利技术所述的基于激光推进的空间碎片能量转化装置及方法，采用激光与空间碎片直接作用产生离子体喷射形成推力的方式，实现了空间碎片离子化与能量利用的紧耦合，简化了空间碎片利用的过程。2、本专利技术所述的基于激光推进的空间碎片能量转化装置及方法，通过空间碎片与激光相互作用产生离子体后喷射，不会产生新的颗粒物质，不会对空间环境造成二次污染，在清洁利用空间碎片的同时也实现了空间碎片的有效清除。3、本专利技术所述的基于激光推进的空间碎片能量转化装置，结构简单，转化利用效率高，可直接应用于空间飞行器的在轨控制。附图说明图1是本专利技术实施例一基于激光推进的空间碎片能量转化装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例二基于激光推进的空间碎片能量转化装置的结构示意图；图3是本专利技术基于激光推进的空间碎片能量转化装置的光学准直机构示意图；图4是本专利技术基于激光推进的空间碎片能量转化装置的光学分光机构示意图；图5是本专利技术基于激光推进的空间碎片能量转化装置的反射镜布置示意图；图6是本专利技术基于激光推进的空间碎片能量转化装置的工质供给机构示意图；图7是本专利技术基于激光推进的空间碎片能量转化装置的工质耦合机构的工作原理图。图中：1：光学准直机构；101：菲涅耳透镜；102：聚集透镜；2：光学分光机构；201：第一分光镜；202：第二分光镜；203：第三分光镜；204：第四分光镜；205：反射镜；3：光学工质耦合机构；4：工质供给机构；401：行程控制器；402：工质推送板；403：工质支撑板；5：分体激光束；6：点光源；7：固态工质；8：冲量耦合面。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一如图1所示，本实施例提供的基于激光推进的空间碎片能量转化装置，包括装置本体以及分别设置在所述装置本体上的光学准直机构1、光学分光机构2、一个光学工质耦合机构3和一个工质供给机构4，其中所述光学分光机构2设置在所述光学准直机构1的底部，所述学工质耦合机构3对应设置在所述光学分光机构2一个光束输出方向上，所述光学工质耦合机构3与所述工质供给机构4连接。使用时，所述光学准直机构用于将入射激光束进行准直，并将准直后的准直激光束传输至所述光学分光机构。所述光学分光机构用于将所述准直激光束分成一个指定方向的分体激光束，并将所述分体激光束传输至所述工质耦合机构。所述工质供给机构用于向所述工质耦合机构输送固态工质。所述工质耦合机构利用所述分体激光束与所述固态工质发生烧蚀耦合，形成等离子体反喷产生推力。实施例二如图2所示，本实施例提供的基于激光推进的空间碎片能量转化装置，包括装置本体以及分别设置在所述装置本体上的光学准直机构1、光学分光机构2、四个光学工质耦合机构3和四个工质供给机构4，其中所述光学分光机构2设置在所述光学准直机构1的底部，各所述光学工质耦合机构3分别对应设置在所述光学分光机构2的前、后、左、右四个光束输出方向上，各所述光学工质耦合机构3分别与各所述工质供给机构4一一对应连接。使用时，所述光学准直机构用于将入射激光束进行准直，并将准直后的准直激光束传输至所述光学分光机构。所述光学分光机构用于将所述准直激光束分成前、后、左、右四个指定方向的分体激光束，并将所述分体激光束传输至对应的工质耦合机构。所述工质供给机构用于向所述工质耦合机构输送固态工质。所述工质耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光推进的空间碎片能量转化装置，其特征在于：包括装置本体以及分别设置在所述装置本体上的光学准直机构、光学分光机构、至少一个光学工质耦合机构和至少一个工质供给机构，其中所述光学分光机构设置在所述光学准直机构的底部，各所述光学工质耦合机构分别对应设置在所述光学分光机构的光束输出方向上，各所述光学工质耦合机构分别与各所述工质供给机构一一对应连接；所述光学准直机构用于将入射激光束进行准直，并将准直后的准直激光束传输至所述光学分光机构；所述光学分光机构用于将所述准直激光束分成至少一个方向的分体激光束，并将所述分体激光束传输至所述工质耦合机构；所述工质供给机构用于向所述工质耦合机构输送固态工质；所述工质耦合机构利用所述分体激光束与所述固态工质发生烧蚀耦合，形成等离子体反喷产生推力。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光推进的空间碎片能量转化装置，其特征在于：包括装置本体以及分别设置在所述装置本体上的光学准直机构、光学分光机构、至少一个光学工质耦合机构和至少一个工质供给机构，其中所述光学分光机构设置在所述光学准直机构的底部，各所述光学工质耦合机构分别对应设置在所述光学分光机构的光束输出方向上，各所述光学工质耦合机构分别与各所述工质供给机构一一对应连接；所述光学准直机构用于将入射激光束进行准直，并将准直后的准直激光束传输至所述光学分光机构；所述光学分光机构用于将所述准直激光束分成至少一个方向的分体激光束，并将所述分体激光束传输至所述工质耦合机构；所述工质供给机构用于向所述工质耦合机构输送固态工质；所述工质耦合机构利用所述分体激光束与所述固态工质发生烧蚀耦合，形成等离子体反喷产生推力。2.根据权利要求1所述的基于激光推进的空间碎片能量转化装置，其特征在于：所述光学准直机构包括菲涅耳透镜和聚集透镜，所述菲涅耳透镜用于将所述入射激光束聚焦在所述菲涅耳透镜的焦点上，形成点光源，所述聚集透镜的焦点与所述菲涅耳透镜的焦点相同，位于焦点的点光源经过所述聚集透镜形成平行光束。3.根据权利要求1所述的基于激光推进的空间碎片能量转化装置，其特征在于：所述光学分光机构包括至少一个分光镜以及与所述分光镜相配合的多个反射镜，各所述分光镜分别用于将所述准直激光束分成沿指定方向的分体激光束，所述反射镜用于将所述分体激光束反射至指定位置。4.根据权利要求1所述的基于激光推进的空间碎片能量转化装置，其特征在于：所述工质供给机构包括行程控制器、与所述行程控制器连接的工质推送板、以及工质...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国臣，陈巍，黄虎，张耀磊，易娟，李月，乙冉冉，吕殿君，温聚英，李成祥，赵大海，刘岱，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11