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御光飞天终有时:激光动力推进技术

导读: 早在1953年,德国空间技术的先驱曾格尔就预言了使用光进行空间推进的可能性。后来,美国研究者在“低成本进入空间”研究任务中,也给出了激光推进单级入轨发射的概念。

  当科学遇上想象

  雨果曾说过:“科学到了最后阶段,便遇上了想象。”

  早在1953年,德国空间技术的先驱曾格尔就预言了使用光进行空间推进的可能性。后来,美国研究者在“低成本进入空间”研究任务中,也给出了激光推进单级入轨发射的概念。该飞行器可以“乘着”激光束,“呼吸着”空气上升到30 千米高度。这是科幻还是科学?激光真的可以产生动力嘛?

  近几年,科学家们通过实验证明,激光除了用于被我们所熟知的医疗、材料加工以及高能武器等领域外,还可以作为一种新型的推进技术,用于微型卫星发射、飞行器姿态的调整等。

  那么,激光究竟是如何产生推力,进而推动飞行器运动的呢?

  通俗而言,激光推进的基本原理如“透镜取火”。众所周知,普通的日光可以在凸透镜的聚焦下,产生较高的温度,点燃易燃物。与此类似,当高能激光经过透镜聚焦于空气时,一旦温度达到或超过其发生变化的阈值,便会发生电离,形成高温的等离子体并迅速膨胀,喷射而出,产生推力,犹如“御光飞天”一般。

  具体来说,激光推进的工作原理主要是指,从远距离地基激光装置发出的高能激光束,经过推进器的抛物面反向镜聚焦到吸收室(类似于化学火箭发动机的燃烧室)或换热器上,当聚焦区域的激光能量密度达到或超过气体的击穿阈值时,吸收室里的空气便会形成高温高压的等离子体流场喷射而出,其反作用产生推动飞行器前进的推力。略有不同的是,当工质为液体或固体时,在激光照射下,会发生气化,喷射而出的是高温高压的蒸汽羽流。

  分离出来的优势

  作为一种基于强激光与工质相互作用原理的新型推进技术,在工作原理、能量转化方式等方面都不同于现有的化学推进。其中,“两大分离”是其最主要特点,即:航天器与能源、能源与工质间的完全分离。

  如此,我们不仅要问,这种分离技术上的变革会带来哪些优势?

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