[發明專利]一種光纖耦合集束輸出激光燒蝕動力裝置

在審

• 申請號: 202211514557.8
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN116039961A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 常浩;周偉靜;葉繼飛;李南雷;文明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: B64G1/26
• 分類號: B64G1/26;B64G1/24
• 代理公司: 北京眾元弘策知識產權代理事務所(普通合伙) 11462
• 代理人: 宋磊

本發明公開的光纖耦合集束輸出激光燒蝕動力裝置，包括光纖耦合集束輸出激光模塊、帶式工質供給模塊和控制模塊。光纖耦合集束輸出激光模塊用于產生激光集束光斑，帶式工質供給模塊向激光集束光斑處供給帶式工質，激光集束光斑沿帶式工質的長度方向進行燒蝕，控制模塊用于驅動二極管激光器發射激光，并且控制供給模塊供給帶式工質的速度，即帶式工質的長度方向的移動速度，激光燒蝕帶式工質產生等離子體，為微納衛星姿軌控提供動力。本發明降低了激光燒蝕動力裝置復雜度，增加了帶式工質利用率，提升了工質存儲量并增加工質的可使用量提升了使得推進系統的總沖量，實現了激光燒蝕動力裝置的低功耗、小體積、標準化、模塊化和高集成度。

技術領域

本發明涉及屬于微納衛星推力技術領域，具體地，涉及一種光纖耦合集束輸出激光燒蝕動力裝置，用于微納衛星的激光燒蝕推進的場合。

背景技術

微納衛星由于其體積小、重量輕、成本低、功能密度大、研制周期短等特點，成為衛星技術發展的新熱點。微納衛星通常采用標準的1U單元體制組合而成，1U的體積為100mm×100mm×100mm，例如對于一個6U的微納衛星，一般采用1U的單元體制通過2行3列組合而成，即體積為300mm×200mm×100mm。微推力器作為微納衛星系統的重要組成部分，可為微納衛星姿態、軌道調整提供必要的動力支持，提高微納衛星的任務執行能力和在軌使用壽命。由于微推進技術涉及光機電等眾多交叉技術，系統較為復雜，目前并沒有可用于實際工程的且成熟的標準化的低功耗、小體積微納衛星動力裝置，這也限制了微納衛星技術的進一步發展。

近年來，電推進技術由于其高比沖的特點逐漸成為微納衛星動力系統研究的主要方向，其中，利用電能轉化為光能，再利用光能轉化為機械能的激光燒蝕動力裝置成為微納衛星可選的動力系統技術之一，能夠滿足微納衛星動力系統的需求。利用激光產生動力作為微推力器的想法由來已久，國內外均開展了相關技術研究，美國、日本、德國等激光應用技術領域科研團隊，研制了不同種類的激光動力裝置，驗證了激光動力轉置產生沖量、形成推力的技術可行性。例如德國宇航中心研制了一種納秒脈寬激光燒蝕固體材料的激光燒蝕微推力器，采用固體材料通過恒力彈簧推擠供給，激光以45度角度傾斜反射式燒蝕工質材料；日本提出了一種預置燒蝕坑，將被燒蝕工質填入預置燒蝕坑中，進行約束燒蝕的激光燒蝕微推力器。雖然激光燒蝕微推力器的原理已經進行了驗證，但是符合微納衛星使用的低功耗、小體積、集成度高的微推力器還不夠成熟，比如有的體積較大，有的屬于異形結構，因此很難應用到標準化的微納衛星動力系統中。

此外，激光功率密度的高低以及對工質的高效燒蝕，對激光燒蝕動力裝置的比沖提升至為關鍵，這就要求激光燒蝕動力裝置的激光具有較好的聚焦性能和密排集束方式。現有的方法是通過單個或多個透鏡的使用，實現對激光光束的聚焦，然而透鏡的應用，不但會增加光路的調試難度，也會帶來系統的復雜化；同時，為了實現對靶帶式固體工質的高效燒蝕，單個透鏡必須在某個維度上能夠往復運動，這又必須增加電機、導軌等運動執行機構，增加推力器的額外功率；也有現有技術方法使用多個透鏡的組合實現對工質的高效燒蝕，這又帶來了系統體積的增加和調試的復雜程度，

發明內容

有鑒于此，本發明的發明目的在于一是降低激光燒蝕動力裝置的復雜度，二是減少激光燒蝕動力裝置的體積，從而實現激光燒蝕動力裝置的低功耗、小體積、標準化、模塊化和高集成度，以解決背景技術中的問題。

為達到上述目的，本發明提供了一種光纖耦合集束輸出激光燒蝕動力裝置，包括光纖耦合集束輸出激光模塊、帶式工質供給模塊和控制模塊；其中，

所述光纖耦合集束輸出激光模塊包括多個二極管激光器、光纖、玻璃片和光纖集束盒，每個二極管激光器連接光纖輸入端并通過光纖輸出激光，所述光纖輸出端和帶式工質之間設置有玻璃片，光纖集束盒固定所有光纖的輸出端和玻璃片，并使多條光纖輸出的激光聚焦光斑形成激光集束光斑，所述激光集束光斑作用于沿長度方向運動的帶式工質上，使帶式工質發生燒蝕產生提供動力的等離子體；

所述帶式工質供給模塊，為光纖耦合集束輸出激光模塊的激光集束光斑處提供帶式工質；