[发明专利]碟片工质盘透射式激光烧蚀微推力器

说明书

本发明涉及一种基于碟片状工质盘、激光透射式与工质作用的激光烧蚀微推力器。目的是研制一种激光透射式烧蚀碟片供给工质的激光烧蚀微推力器的原理样机。集成了碟片工质盘、转动电机、电机支架、滑块、丝杠、平动框、平动电机、光纤耦合半导体激光器、准直镜组、反射器、聚焦镜组、激光焦点、工作距调节台、控制主板板卡、激光器驱动板卡、电机驱动板卡，以及供电与信号接口等。由转动电机和平动电机分别驱动碟片工质盘提供周向和径向工质烧蚀位置，持续不断提供工质到激光焦点，同时光纤耦合半导体激光器发出的激光经由准直镜组准直，反射器改变方向，聚焦镜组聚焦到激光焦点位置，与工质相互作用产生推力。本发明填补了国内在该领域的空白。

技术领域

本发明属于空间推进技术领域，涉及空间平台动力系统微推力器技术，特别涉及一种基于碟片状工质盘、激光透射式与工质作用的激光烧蚀微推力器。

背景技术

激光烧蚀微推力器作为一种微推进领域可选推力器技术，经过近20年的发展，已经在众多微小推进技术领域内占据了一席之地。激光烧蚀微推力器冲量元小、比冲高、推力小、工作范围宽、功耗低、简单可靠，能够很好的适应微小卫星平台推进系统的微推力器需求。

美国、德国、日本和中国等国家先后开展了激光烧蚀微推力器的研制。美国Phipps小组研制了一款固体挠性工质带的激光等离子体微推力器，采用6只二极管激光器作为能量源，实现工质带上工质烧蚀位置的全覆盖；德国宇航中心研制了一种纳秒脉宽激光烧蚀固体材料的激光烧蚀微推力器，工质理论上可使用任何固体材料，包括金属作为靶材，激光以45度角度倾斜入射烧蚀工质材料；日本提出了一种预置烧蚀坑，将被烧蚀工质填入预置烧蚀坑中，进行约束烧蚀的激光烧蚀微推力器；中国的激光烧蚀推力器研制工作起步较晚，借鉴美国Phipps小组的研究经验，研制了一种新型的工质带式的激光烧蚀微推力器，最近提出了一种液态工质的激光烧蚀推力器工作模式。

综合国内外研究情况来看，所研制的激光烧蚀微推力器主要存在以下两个方面的问题：工质供给方式和激光烧蚀模式。工质供给通常采用挠性工质带，这样的挠性结构制作困难，不易于加工，性能不稳定，容易分层脱离，特别是在带子首尾接头处目前没有很好的接头处理方法，并且在冲击力加载时，透明层容易被烧蚀，另外自身形变会耗散点部分能量；激光烧蚀模式通常采用45度角斜入射烧蚀工质的方式，这样的方式容易造成喷射产物对光学系统的污染，并且激光聚焦光学镜面到达焦点的工作距会受到躲避污染的原因影响，而无法设计小，这样会使设计的聚焦光斑尺寸和衍射极限变大，进而导致整个光学部件体积和重量过大。另外，如液体工质供给量控制困难，挠性工质供给的输出扭矩，以及反射式激光与工质烧蚀能量耦合效率较低等问题都没有得到很好的解决。

本发明重点针对以上以往设计中存在的问题，研制了一种碟片工质盘的工质供给方式和激光透射式烧蚀工作模式。其特点在于工质基底为强度大的石英材料，无挠性部分，避免了推力耦合不确定性，电机控制时，可成对使用，避免了外力和扭矩输出，工质供给量可实现高精度的精确控制；透射式激光烧蚀模式能够有效避免光学系统的污染，使工作距的设计不受限制，能够提高能量耦合效率，冲量耦合系数获得较大提高。

发明内容

本发明的目的是借鉴国内外研究成果的基础上，研制出一种能够解决部分设计问题的，基于碟片状工质盘、激光透射式与工质作用的激光烧蚀微推力器，填补国内相关领域的空白。

实现本发明的碟片工质盘透射式激光烧蚀微推力器包括三部分：碟片工质供给模块、激光透射烧蚀模块和信号处理模块。