一种光压动力系统

摘要

本发明提供了一种光压动力推进系统，包括：载荷承载板，载荷承载板上方一侧设置有要推进的载荷，下方一侧设置有第一导光镜组件；激光器组件，激光器组件包括多个激光器，多个激光器按一定规则排列并用于向载荷承载板不设置载荷的另一侧发射激光，从而通过激光束产生的光压推动所述载荷承载板；开关组件，开关组件设置在所述多个激光器发射激光的光路上，用于按一定的时间周期间隔阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上，开关组件面对所述载荷承载板的一侧设置有第二导光镜组件；其中，第一导光镜组件用于将发射到载荷承载板上的激光按其发射原路反射回所述开关组件上，第二导光镜组件用于将第一导光镜组件反射的激光反射回所述载荷承载板。

权利要求

1.一种光压动力推进系统，所述系统包括：

载荷承载板，所述载荷承载板上方一侧设置有要推进的载荷，下方一侧设置有第一导光镜组件；

激光器组件，所述激光器组件包括多个激光器，所述多个激光器按其发射的激光光路到达开关组件的规则排列并用于向所述载荷承载板不设置载荷的另一侧发射激光，从而通过激光束产生的光压推动所述载荷承载板；

开关组件，所述开关组件设置在所述多个激光器发射激光的光路上，用于按由激光能量的衰减程度决定的所述开关组件的开关时间周期间隔阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上，所述开关组件面对所述载荷承载板的一侧设置有第二导光镜组件；

其中，所述第一导光镜组件用于将发射到所述载荷承载板上的激光按其发射原路反射回所述开关组件上，所述第二导光镜组件用于将所述第一导光镜组件反射的激光反射回所述载荷承载板。

2.如权利要求1所述的光压动力推进系统，其特征在于：当激光能量衰减至第一阈值时，开关开启，使激光器发出的激光到达所述载荷承载板上；当激光能量大于第一阈值时，开关关闭，阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上。

3.如权利要求1所述的光压动力推进系统，其特征在于：所述开关设置为带有至少一个透光通孔的可旋转圆盘。

4.如权利要求3所述的光压动力推进系统，其特征在于：所述可旋转圆盘设置为沿其半径方向均匀排布至少一排透光通孔，每排设置有至少一个透光通孔。

5.如权利要求4所述的光压动力推进系统，其特征在于：所述可旋转圆盘的旋转速度设置为周期性的通过所述透光通孔阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上：当激光能量衰减至第一阈值时，所述可旋转圆盘的透光通孔旋转至第一位置，所述第一位置使所述激光器发射的激光能够穿过透光通孔发射至载荷承载板；当激光能量大于第一阈值时，所述可旋转圆盘旋转至第二位置，使所述激光器发射的激光束到达所述可旋转圆盘的非透光区域，阻挡激光束发射至载荷承载板。

6.如权利要求3所述的光压动力推进系统，其特征在于：所述激光器组件与所述可旋转圆盘的透光通孔排布方式相同，且位置上一一对应，用于向所述可旋转圆盘发射激光。

7.如权利要求6所述的光压动力推进系统，其特征在于：所述激光器设置为脉冲激光器或太阳能激光器。

8.如权利要求1所述的光压动力推进系统，其特征在于：所述第一导光镜组件和第二导光镜组件设置为直角反射镜，所述直角反射镜能够使激光的反射光线平行于出射光线。

9.如权利要求1所述的光压动力推进系统，其特征在于：所述第二导光镜组件设置在开关组件面对所述载荷承载板的一侧的非透光区域。

说明书

一种光压动力系统

技术领域

[0001] 本发明涉及激光推进技术领域，尤其涉及一种用于推进微小卫星的光压动力系统。

背景技术

[0002] 应用激光推进技术的光压动力系统是一种新概念推进方式，即把激光由热能变为动能，作为推进工具发射载荷，具有比较好的机动性、灵活性和可靠性；而光压动力系统与传统化学推进系统相比，又具有比冲高、有效载荷比大、推进参数调节范围大，发射成本低，无环境污染，激光器可重复利用等优点。

[0003] 随着激光技术的发展，大功率激光器技术日益成熟，使得光压动力系统在航天运载发射、卫星与载荷空间机动等方面有着广阔的应用前景，可广泛用于微小卫星近地轨道发射、地球轨道碎片清除、微小卫星姿态和轨道控制、载荷姿态调整、载荷轨道机动以及近地轨道发射乃至深空飞行任务等领域。激光推进技术应用前景广阔，是国内外新型高效航空航天推进技术研究的前沿和热点。目前，各航天大国都非常重视这项高端技术，投入大量人力和财力进行研究。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种光压动力推进系统，其具有比冲高、比推力大、有效载荷比大、推进参数调节范围大的特点，特别适合作为小卫星和许多轻型载荷的推进系统，并且能够多次使用，发射灵活，无需长周期准备，可用于应急通信、军事侦察等卫星的快速发射。

[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种光压动力推进系统，所述系统包括：载荷承载板，所述载荷承载板上方一侧设置有要推 进的载荷，下方一侧设置有第一导光镜组件；激光器组件，所述激光器组件包括多个激光器，所述多个激光器按一定规则排列并用于向所述载荷承载板不设置载荷的另一侧发射激光，从而通过激光束产生的光压推动所述载荷承载板；开关组件，所述开关组件设置在所述多个激光器发射激光的光路上，用于按一定的时间周期间隔阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上，所述开关组件面对所述载荷承载板的一侧设置有第二导光镜组件；其中，所述第一导光镜组件用于将发射到所述载荷承载板上的激光按其发射原路反射回所述开关组件上，所述第二导光镜组件用于将所述第一导光镜组件反射的激光反射回所述载荷承载板。

[0006] 优选地，所述开关组件的开关时间控制由激光能量的衰减程度决定，当激光能量衰减至第一阈值时，开关开启，使激光器发出的激光到达所述载荷承载板上；当激光能量大于第一阈值时，开关关闭，阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上。

[0007] 优选地，所述开关设置为带有至少一个透光通孔的可旋转圆盘。

[0008] 优选地，所述可旋转圆盘设置为沿其半径方向均匀排布至少一排透光通孔，每排设置有至少一个透光通孔。

[0009] 优选地，所述可旋转圆盘的旋转速度设置为周期性的通过所述透光通孔阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上：当激光能量衰减至第一阈值时，所述旋转圆盘的透光通孔旋转至第一位置，所述第一位置使所述激光器发射的激光能够穿过透光通孔发射至载荷承载板；当激光能量大于第一阈值时，所述旋转圆盘旋转至第二位置，使所述激光器发射的激光束到达所述旋转圆盘的非透光区域，阻挡激光束发射至载荷承载板。

[0010] 优选地，所述激光器组件与所述旋转圆盘的透光通孔排布方式相同，且位置上一一对应，用于向所述旋转圆盘发射激光。

[0011] 优选地，所述激光器设置为脉冲激光器或太阳能激光器。

[0012] 优选地，所述第一导光镜组件和第二导光镜组件设置为直角反射镜，所述直角反射镜能够使激光的反射光线平行于出射光线。

[0013] 优选地，所述第二导光镜组件设置在开关组件面对所述载荷承载板 的一侧的非透光区域。

[0014] 根据本发明的一种光压动力系统，解决了小卫星和许多轻型载荷发射成本高、可靠性和成功率低的缺陷，并且采用激光能量转化成动能的非化学式无毒推进，不会对大气环境造成污染。此外，随着激光功率的提高，可以成倍地提高运载能力；理论上光压动力系统可以超越每一级化学燃料火箭推进速度的上限，这在深太空探测中具有重要意义。

[0015] 应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

[0016] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

[0017] 图1示出了根据本发明的一种光压动力系统的原理图。

[0018] 图2示出了根据本发明的一种光压动力系统的开关组件的结构图。

[0019] 图3示出了根据本发明的一种光压动力系统的一个实施方式的示意图。

[0020] 图4示出了根据本发明的一种光压动力系统的另一个实施方式的示意图。

具体实施方式

[0021] 通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

[0022] 图1示出了根据本发明的一种光压推进系统的原理图。如图1所示，该系统包括：

[0023] 载荷承载板102，所述载荷承载板102上方一侧设置有要推进的载荷 101，下方一侧设置有第一导光镜组件103a；

[0024] 激光器组件105，所述激光器组件105包括多个激光器，所述多个激光器按一定规则排列并用于向所述载荷承载板102不设置载荷的另一侧发射激光，从而通过激光束产生的光压推动所述载荷承载板102；

[0025] 根据本发明的一个实施例，所述激光器设置为脉冲激光器或太阳能激光器。

[0026] 开关组件104，所述开关组件104设置在所述多个激光器发射激光的光路上，用于按一定的时间周期间隔阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板上102，所述开关组件104面对所述载荷承载板102的一侧设置有第二导光镜组件103b；

[0027] 根据本发明的一个实施例，所述第一导光镜组件103a和第二导光镜组件103b设置为直角反射镜，所述直角反射镜能够使激光的反射光线平行于出射光线。

[0028] 其中，所述第一导光镜组件103a用于将发射到所述载荷承载板102上的激光按其发射原路反射回所述开关组件104上，所述第二导光镜组件104b用于将所述第一导光镜组件103a反射的激光反射回所述载荷承载板102。

[0029] 根据本发明的一个实施例，所述开关组件104的开关时间控制由激光能量的衰减程度决定，当激光能量衰减至第一阈值E0时，开关开启，使激光器发出的激光到达所述载荷承载板102上；当激光能量大于第一阈值EO时，开关关闭，阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板102上，此时激光光束以大于EO的激光能量在所述第一导光镜组件103a和第二导光镜组件103b间震荡。

[0030] 图2示出了根据本发明的一种光压动力系统的开关组件的结构图。如图2所示，开关组件200包括旋转圆盘201、旋转圆盘上的透光通孔202、转轴203、第二导光镜组件205以及电机204。

[0031] 根据本发明的一个实施例，所述开关设置为带有至少一个透光通孔202的可旋转圆盘201，所述可旋转圆盘201设置为沿其半径方向均匀排布至少一排透光通孔，每排设置有至少一个透光通孔202。

[0032] 根据本发明的一个实施例，所述激光器组件206与所述旋转圆盘201的透光通孔202排布方式相同，且位置上一一对应，用于向所述旋转圆盘201发射激光。

[0033] 根据本发明的一个实施例，所述可旋转圆盘的旋转速度设置通过所述透光通孔202阻挡激光器发出的激光到达所述载荷承载板102上：当激光能量衰减至第一阈值时，所述旋转圆盘201的透光通孔202旋转至第一位置，所述第一位置使所述激光器发射的激光能够穿过透光通孔202发射至载荷承载板102；当激光能量大于第一阈值时，所述旋转圆盘201旋转至第二位置，使所述激光器发射的激光束到达所述旋转圆盘201的非透光区域，阻挡激光束发射至载荷承载板102。

[0034] 根据本发明的一个实施例，所述第二位置可以设置为沿旋转圆盘的相邻两个半径方向上排布的两排透光通孔所夹圆心角的扇形区域，所述区域为非透光区域。

[0035] 根据本发明的一个实施例，所述旋转圆盘201面对所述载荷承载板102的一侧的非透光区域还设置有第二导光镜组件205。

[0036] 图3示出了根据本发明的一种光压动力系统的一个实施方式的示意图，如图3所示的开关装置设置为具有3*6个透光通孔301的旋转圆盘304。

[0037] 光压动力推进系统的工作过程为：由激光器组件305发射激光，激光光束通过旋转圆盘304上设置的透光通孔301发射至载荷承载板302，从而由激光束产生的光压推动所述载荷承载板302上侧的载荷。所述载荷承载板302未承载载荷的一面设置有第一导光镜组件303a，所述第一导光镜组件303a用于将激光光线反射至旋转圆盘304面对所述载荷承载板
302的一侧的非透光区域所设置的第二导光镜组件303b上，激光能量在第一导光镜组件
303a和第二导光镜组件303b间震荡，利用激光能量推进所述载荷承载板302。

[0038] 根据本发明的一个实施例，激光器组件305发射激光时，开启所述开关装置104，即旋转图3中的旋转圆盘304至第一位置，所述第一位置为所述激光器组件305发射的激光束能够穿过所述透光通孔301，即能够 使激光器组件305发射的激光通过透光通孔301发射至载荷承载板302：当激光光束能量大于第一阈值时，关闭所述开关装置104，即旋转图3中的旋转圆盘304至第二位置，所述第二位置为所述旋转圆盘304的相邻两排透光通孔间的区域，所述区域能够阻止激光器组件305发射的激光发射至载荷承载板302，即激光束不能穿过透光通孔301到达载荷承载板302；由于所述载荷承载板302未承载载荷的一面设置有第一导光镜组件303a，所述第一导光镜组件303a用于将激光光线反射至旋转圆盘304面对所述载荷承载板302的一侧的非透光区域所设置的第二导光镜组件303b上，激光能量在第一导光镜组件303a和第二导光镜组件303b间震荡会损耗激光能量，当激光光束的能量小于第一阈值时，再次开启所述开关装置104，即旋转图3中的旋转圆盘304至第一位置，使载荷承载板302能够接收到来自激光器组件305的激光束能量。

[0039] 循环以上过程，直至载荷承载板302获得的光压能够推动载荷，所述循环周期由激光能量、载荷特性、开关设置等因素决定。

[0040] 图4示出了根据本发明的一种光压动力系统的另一个实施方式的示意图，如图所示，光压动力系统的开关装置设置为旋转圆盘400，设置有透光通孔401和转轴402，透光通孔401的排布设置为5*2个，其光压动力推进系统的工作过程与图3相同。

[0041] 根据本发明的一种光压动力推进系统，解决了许多轻型载荷发射成本高、可靠性和成功率低的缺陷，尤其可以将其应用于小卫星等航空航天领域中；而且采用的是激光能量转化成动能的非化学式无毒推进，不会对大气环境造成污染。此外，随着激光功率的提高，可以成倍地提高运载能力；理论上光压动力系统可以超越每一级化学燃料火箭推进速度的上限，这在深太空探测中具有重要意义。

[0042] 以上只是本发明较佳的实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。