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激光推进及激光发射微小卫星概念研究

何振  
【摘要】:激光推进是一种新颖的推进技术,具有高比冲、低成本和安全可靠的特点,在快速、机动、批量发射微小卫星和卫星在轨灵活操作方面具有很好的应用前景。 本文首先对激光推进研究进行了分析评述。对光船概念及其实验技术进行了深入的分析,指出了目前光船面临的技术难点以及今后发展趋势。通过对各种不同形式的激光推进系统原理的分析,指出了不同激光推进方式的优点、存在的技术问题及其应用范围,为选择合适的激光推进方式和系统构成提供了依据。 随后对地基激光发射微卫星进行了概念设计。将地基激光微卫星发射系统分为五个分系统,对各个分系统性能指标和实现方案进行了详细地分析与探讨。分析得出,在地基激光发射微卫星中,激光发动机比冲最佳范围为500s~1200s,激光最佳波长在1μm左右。另外,对发射场、飞行器设计与控制等方面也进行了详细的方案探讨和初步设计。 针对地基激光发射微卫星的弹道问题,建立了地基激光发射的二维动力学模型,进行了弹道优化计算,分析探讨了激光推进弹道的特点。用SQP方法,计算得出三种发射方案的最优弹道,其中吸气、火箭双工作模式发射方案有效载荷比最大,可达35.5%。与传统弹道不同,一些弹道出现了“后摆”段,这是由于飞行器必须充分靠近激光器接收激光能量。 本文研究结果初步表明,发展激光推进技术并不存在无法逾越的技术障碍;研究结果对激光推进的演示验证研究具有一定指导意义,对地基激光发射方案设计也具有一定参考价值。


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