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激光技术将成为发射卫星的新动力

时间：2011-12-31 22:44:22  来源： 打印本文

激光技术将成为发射卫星的新动力

2005/9/13/9:24作者：颜秋容　　1997年，在美国新墨西哥州的沙漠里，一支微型的火箭拔地而起，上升到20多米的高度．当时这个实验在科学界引起了很大的轰动．看到这里你也许会觉得很惊奇，是什么原因使这支还没有焰火飞的高的微型火箭引起了世人瞩目呢?原来是一支没有安装任何发动机的火箭飞上了天．到此你也许更加吃惊吧，是什么把火箭推上了天?是激光! 

1960年，美国人梅曼发明了世界上第一台激光器——红宝石激光器，至今已40多年．随着激光技术的不断发展，新型激光器不断研制成功，激光技术已广泛应用于军事、通讯、医疗、计算机等各个领域．人们想到既然现在的无线电技术已经顺利实现了地球与空间飞行器之间的通信，而激光与微波相比具有波长短、衍射损失小等特点，这种高方向性和高相干性的激光辐射距离比微波远得多．如果能将能量以激光的形式传输给火箭发动机作为动力，那么航天飞行器就可以不携带燃料而靠地面上的激光器供给能源，即实现激光推进，把卫星送入太空．激光作为发射卫星的新动力是20世纪70年代初提出来的一种全新的推进方式。

激光推进火箭的基本原理是将激光能量经过远距离传输来加热火箭发动机中的中性推进剂或气体介质，产生瞬态的高温高密度等离子体并迅速膨胀，然后从发动机喷管中以很高的速度向后喷出使火箭受到向前的推动力，如图1所示．以激光作为发射卫星的新动力，是因为它具有以下的优势：

一、激光推进技术是一种高效的能量注入方式 

由于受到产能机制的限制，化学燃料发动机的喷气速度已经很难继续提升，因为无论多么剧烈的化学反应都仅仅是蕴藏在原子最外壳层电子的能量的释放．如果要使单位质量的推进剂携带更多的能量，产生更高的压力，就必须剥离原子更深壳层的电子使推进剂变成高温高密度的等离子体．依靠化学燃料燃烧是不可能实现这个目标的，推进剂的能量只能由外部注入．强激光脉冲瞬时加热就是一种高效的能量注入方式．所以与传统的化学燃料火箭发动机相比，激光火箭推进器具有许多潜在的优势。
二、激光推进技术是减少发射火箭成本的有效方式

由于激光火箭发动机基本上不用携带燃料，所以激光火箭上所携带的中性推进剂或气体介质只有化学燃料火箭推进剂的1／10，使激光火箭成本降低并且可以简化和减少地面发射场上许多昂贵的附属设备。

三、激光推进技术能提高有效载荷量

由于激光火箭的能量几乎全部由外界提供，所以实用的有效载荷可达到它的发射重量的１０％～３０％，而传统的化学燃料火箭的有效载荷与发射重量之比仅为0.10%～0.20%，这就可以大大提高有效载荷量．例如要把1ｔ重的卫星加速到8ｋｍ／ｓ的第一宇宙速度，用化学燃料火箭至少需要携带6.4ｔ的推进剂，而采用激光等离子体推进方法，理论上只需要0.04ｔ的推进剂就够了。

四、激光推进技术安全且可靠性好 

由于火箭本身不依靠燃烧化学燃料获得动力，能量主要来自外部激光束，这样推进剂完全可以采用不可燃的材料，使火箭结构和制造加工变得简单，在发射以及使用过程中更加安全可靠。

五、激光推进技术污染小 

目前很多种类的化学燃料及其燃烧后的排放物是有污染甚至是有毒性的，而激光推进火箭完全可以用清洁无污染的材料作推进剂而不产生任何环境污染。

总之，采用激光作为能源来代替化学燃料不但可行，而且有着化学燃料无可比拟的优越性．虽然目前激光火箭推进在技术上还有许多难题，但由于该项技术应用潜力巨大，所以这项研究仍在继续进行．激光推进将会给火箭推进技术带来革命性的发展。