一种推进器

1.本技术涉及航天技术领域，尤其涉及一种推进器。


背景技术：

2.随着卫星功能的增多，微纳卫星技术及其组网应用技术成为了国际卫星技术研究的热点之一，应用于微纳卫星的微推进技术的需求也逐渐增强。化学推进是目前普遍采用的推进技术，主要存在比冲低、冲量调节范围小、推力精度较差、应用于微纳卫星上成本高等缺点，电推进技术可以部分克服化学推进的缺点。
3.然而，现有的电推进技术通常采用的是气态工质，存储气态工质的气瓶体积大、重量大，难以适用于微小卫星的推进器。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种推进器，能够解决现有的电推进技术通常采用气态工质，存储气态工质的气瓶体积大、重量大，难以适用于微小卫星的推进器的问题。
5.本技术实施例提供一种推进器，包括：
6.传送器，所述传送器用于传送固态含能工质；
7.激光器，所述激光器用于生成激光，并控制所述激光照射所述固态含能工质，以生成烧蚀产物。
8.在一些实施方式中，所述传送器包括主传动轮和从传动轮；
9.所述固态含能工质为带状，所述主传动轮和所述从传动轮之间的所述固态含能工质与所述激光器的激光出射面相对设置。
10.在一些实施方式中，所述固态含能工质包括透明薄膜基底和固态含能工质材料，所述固态含能工质材料涂覆在所述透明薄膜基底一侧的表面，所述主传动轮和所述从传动轮之间的所述固态含能工质的所述透明薄膜基底朝向所述激光器。
11.在一些实施方式中，所述推进器还包括：
12.粒子加速器，所述粒子加速器用于对所述烧蚀产物内的带电粒子进行加速；
13.储能器件，所述储能器件用于为所述粒子加速器供电。
14.在一些实施方式中，所述储能器件包括电容。
15.在一些实施方式中，所述粒子加速器包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板分别电连接于所述电容的两端，所述阳极板与所述阴极板之间的空间用于容纳所述烧蚀产物。
16.在一些实施方式中，所述推进器还包括：
17.总控制器，所述总控制器用于控制所述储能器件按照设定频率充放电。
18.在一些实施方式中，所述推进器还包括：
19.激光控制器，所述激光控制器分别与所述激光器和所述传送器电连接。
20.在一些实施方式中，所述推进器还包括：
21.绝缘板，所述绝缘板设置在所述激光器与所述粒子加速器之间，所述绝缘板设置有通孔，所述激光器的激光出射面在所述绝缘板上的正投影落入所述通孔内。
22.在一些实施方式中，所述推进器还包括：
23.微光路系统，所述微光路系统设置于所述激光器的激光出射面与所述固态含能工质之间。
24.本技术实施例提供的推进器，通过传送器将固态含能工质传送至激光器激光出射面的相对面，激光对固态含能工质进行烧蚀，固态含能工质在激光的烧蚀作用下释放化学能，可以充分反应，形成烧蚀产物，烧蚀产物在喷射区域内的加速运动可以形成推力。相比较于现有技术采用气态工质，气瓶体积大且质量大，难以适用于微小卫星的推进器，本技术实施例提供的推进器，采用激光烧蚀固态含能工质，在激光能量和固态含能工质的化学能作用下，可以使得激光能量的利用率达到或者超出100％，不仅能量利用率高，还能减小推进器的体积和质量，提高但对于微小卫星的适用性。
附图说明
25.图1为本技术实施例提供的一种推进器的结构示意图；
26.图2为本技术实施例提供的另一种推进器的结构示意图。
具体实施方式
27.为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
28.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“两个以上”包括两个或大于两个的情况。
29.借助日益先进的推进技术和卫星技术，具有特定功能的通信卫星、气象卫星等给人类带来了翻天覆地的变化。随着卫星功能的增多，微纳卫星技术及其组网应用技术成为了国际卫星技术研究的热点之一，应用于微纳卫星的微推进技术的需求也逐渐增强。化学推进是目前普遍采用的推进技术，主要存在比冲低、冲量调节范围小、推力精度较差、应用于微纳卫星上成本高等缺点，电推进技术可以部分克服化学推进的缺点。电推进技术可以包括霍尔推进、离子推进等都具有携带方便、质量较轻等优点并正在走向成熟。然而，现有的电推进技术通常采用的是气态工质，存储气态工质的气瓶体积大、重量大，难以适用于微小卫星的推进器。
30.有鉴于此，本技术实施例提供一种推进器，能够解决现有的电推进技术通常采用
的是气态工质，存储气态工质的气瓶体积大、重量大，难以适用于微小卫星的推进器的问题。
31.本技术实施例提供一种推进器，图1为本技术实施例提供的一种推进器的结构示意图。如图1所示，本技术实施例提供的推进器，包括：传送器100，传送器100用于传送固态含能工质101，固态含能工质101采用的材料可以包括黑索金、奥克托金、双基药、gap(聚叠氮缩水甘油醚)等，含能工质是一种分子链上带有大量含能基团的聚合物，在能量激发下可以释放出本身含有的化学能，本技术实施例不作具体限定。激光器200，激光器200用于生成激光，并控制激光照射固态含能工质101，以生成烧蚀产物。传送器100能够控制持续传送固态含能工质101，使得激光能够照射在固态含能工质101上，激光烧蚀固态含能工质而产生烧蚀产物，在激光烧蚀的作用下，烧蚀产物的能量和喷射的气动力能够提供推进力以推进微小卫星的运行、组网或交会对接等。通过传送器100将固态含能工质101传送至激光器200的焦点处，激光对固态含能工质101进行烧蚀，固态含能工质101在激光的烧蚀作用下释放化学能，可以充分反应生成烧蚀产物，高密度烧蚀产物的喷射区域300内的运动可以形成推进力。在激光能量和固态含能工质101的化学能作用下，可以使得激光能量的利用率达到或者超出100％。烧蚀产物可以包括等离子体、带电粒子和带电基团等，本技术实施例不作具体限定。
32.本技术实施例提供的推进器，通过传送器100将固态含能工质101传送至激光器200的焦点处，激光对固态含能工质101进行烧蚀，固态含能工质101在激光的烧蚀作用下释放化学能，可以产生烧蚀产物，烧蚀产物的喷射区域300内的运动可以形成推进力。采用激光烧蚀固态含能工质，在激光能量和固态含能工质101的化学能作用下，可以使得激光能量的利用率达到或者超出100％，不仅能量利用率高，还能减小推进器的体积和质量，提高对于微小卫星的适用性。
33.在一些实施方式中，继续参考图1，传送器包括主传动轮110和从传动轮120；固态含能工质101为带状，主传动轮110和从传动轮120之间的固态含能工质101与激光器200的激光出射面201相对设置。主传动轮110的转动可以带动带状的固态含能工质101的传动，带状的固态含能工质101的传动可以带动从传动轮120的转动，激光从激光器200的激光出射面201射出后照射在固态含能工质101上，随着主传动轮110和从传动轮120的转动作用下，带状的固态含能工质101被移动至激光出射面201的对面，随着固态含能工质101在激光的烧蚀作用下的化学能释放，烧蚀完成的固态含能工质101被带动离开激光器200的焦点，随着主传动轮110的转动而被收集起来。
34.示例性的，带状的固态含能工质101的厚度范围可以是在50μm-150μm，宽度范围可以是9mm-15mm，宽度可根据激光器200的宽度进行调整，厚度可以由安装推进器的微纳卫星所需推力大小决定，只是示例性的，不作为本技术实施例的具体限定。
35.示例性的，固态含能工质101包括透明薄膜基底和固态含能工质材料，固态含能工质材料涂覆在透明薄膜基底一侧的表面，透明薄膜基底可以采用高烧蚀阈值的材料；主传动轮110和从传动轮120之间的固态含能工质的透明薄膜基底朝向激光器，即激光直接照射在透明薄膜基底上，透过透明薄膜基底，激光烧蚀固态含能工质材料，释放化学能，以产生烧蚀产物。
36.示例性的，传送器100还可以是传送带，将传送带设置为镂空，激光通过镂空烧蚀
固态含能工质101，本技术实施例不作具体限定。
37.本技术实施例提供的推进器，将固态含能工质101设置为带状，通过主传动轮110和从传动轮120的配合，可以带动带状的固态含能工质101的传送，将固态含能工质101带入激光器200的焦点和带离激光器200的焦点，可以连续产生烧蚀产物，产生持续推进力。
38.在一些实施方式中，图2为本技术实施例提供的另一种推进器的结构示意图。如图2所示，本技术实施例提供的推进器，还包括：粒子加速器400，粒子加速器400用于对烧蚀产物内的带电粒子和带电基团进行加速；储能器件500，储能器件500用于为粒子加速器400供电。
39.示例性的，储能器件500包括电容c1，储能器件500还可以是其他储能类型的器件，例如电感线圈等，本技术不作具体限定。储能器件500能够存储能量，储存的能量可以为粒子加速器400供电。示例性的，储能器件500可以通过储能和释放能量来对粒子加速器400进行连续供电或间断供电，本技术实施例不作具体限定。粒子加速器400包括阳极板410和阴极板420，阳极板410和阴极板420分别电连接于电容c1的两端，阳极板410与阴极板420之间的空间可以用于容纳烧蚀产物。阳极板410和阴极板420之间能够形成烧蚀产物的喷射区域300，烧蚀产物内可以包括带电粒子和/或带电基团，带电粒子和/或带电基团可以带有正电，也可以带有负电，烧蚀产物可以包括带电分子链、氮等离子体、氧等离子体、氢氧等离子体、碳等离子体等，烧蚀产物的成分较为复杂，不作一一列举。阳极板410和阴极板420在储能器件500的供电作用下可以形成有电磁场，电磁场对带电粒子的洛伦兹力以及粒子受到的气动力可以对带电粒子进行加速，带电粒子在洛伦兹力和气动力的作用下加速喷出，从而产生推力，兼具高比冲和高能量利用率的特点。
40.本技术实施例提供的推进器，储能器件500能够存储能量，储存的能量可以为粒子加速器400供电。储能器件500可以通过储能和释放能量来对粒子加速器400进行连续供电或间断供电。粒子加速器400包括阳极板410和阴极板420，阳极板410与阴极板420之间的空间用于容纳烧蚀产物。阳极板410和阴极板420之间能够形成烧蚀产物的喷射区域300，阳极板410和阴极板420在储能器件500的供电作用下可以形成有电磁场，电磁场可以对带电粒子进行加速，带电粒子在洛伦兹力和气动力的作用下加速喷出，从而产生推力，兼具高比冲和高能量利用率的特点。储能器件500和粒子加速器件400的设置，能够进一步加速烧蚀产物内的众多带电粒子的喷出速度，可以进一步增加烧蚀产物喷出形成的推力，从而进一步提高推进器的推力，提高能量利用率。
41.在一些实施方式中，继续参考图2，本技术实施例提供的推进器，还包括：总控制器600，总控制器600用于控制储能器件500按照设定频率充放电。设定频率可以根据具体的推力需求预设设定频率，设定频率可是以脉冲的形式对储能器件500进行充电控制，储能器件进一步以脉冲的形式对粒子加速器400进行供电。
42.本技术实施例提供的推进器，通过总控制器600对储能器件500按照设定频率充放电，可以控制储能器件500对粒子加速器400进行供电，能够进一步加速烧蚀产物内的众多带电粒子的喷出速度，可以进一步增加烧蚀产物喷出形成的推力，从而进一步提高推进器的推力，提高能量利用率。
43.在一些实施方式中，继续参考图2，本技术实施例提供的推进器还包括：激光控制器700，激光控制器700分别与激光器200和传送器100电连接。激光控制器700用于控制激光
器200按照预设频率发出激光。激光控制器700可以控制激光器200的工作频率范围为200～5000hz，且频率可调，激光器200发出的激光是以脉冲的形式出射，激光烧蚀固态含能工质101，在激光能量和化学能的共同作用下可使激光能量利用率突破100％，充分反应后产生烧蚀产物。激光控制器700还能够控制传送器100的主传动轮110的转动速度等，本技术实施例不作具体限定。
44.本技术实施例提供的推进器，利用激光控制器700与激光器200形成脉冲激光器，结合总控制器600对于储能器件500的充放电控制，可以得到双脉冲控制模式的推进器，脉冲激光烧蚀固态含能工质，释放化学能的同时产生充分反应的烧蚀产物，在电容脉冲放电对阳极板和阴极板所产生的电磁场和气动力的作用下，加速喷出，兼具了高比冲以及高能量利用率等优点，推进器的结构简单，体积小，同时脉冲激光激发的固体含能工质质量精准可控，是一种新型的空间推进方式，可广泛应用于精准微纳卫星的组网、交会对接等任务。
45.在一些实施方式中，继续参考图2，本技术实施例提供的推进器还包括：绝缘板800，绝缘板800设置在激光器200与粒子加速器400之间，绝缘板800设置有通孔810，激光器200的激光出射面201在绝缘板800上的正投影落入通孔810内。通孔810的孔径可以大于激光出射面201的面积，利于激光对于固态含能工质101的完全烧蚀，以及可以提高激光的利用率，避免激光被浪费。
46.本技术实施例提供的推进器，通过设置绝缘板800，绝缘板800可以隔离开激光对固态含能工质101的烧蚀区域和烧蚀产物的喷射区域300，可以将烧蚀形成的烧蚀产物全部集中于喷射区域300内，利用粒子加速器400对带电粒子进行加速，可以避免带电粒子对其他器件的损伤。
47.本技术实施例提供的推进器，还包括：微光路系统，微光路系统设置于激光器的激光出射面201与固态含能工质101之间。微光路系统可以是一个聚光透镜或者一组能够实现聚光作用的光学镜片，微光路系统可以用于聚焦激光快轴和慢轴的发散角度，形成激光焦点，提高激光能量密度。
48.本技术实施例提供的推进器，通过设置微光路系统，能够聚焦激光快轴和慢轴的发散角度，形成激光焦点，提高激光能量密度，提高激光的利用率，进一步激光烧蚀固态含能工质101，在激光能量和化学能的共同作用下可使激光能量利用率达到或者超出100％。
49.在一些实施方式中，继续参考图2，总控制器600与电容c1还可以设置电阻r，电阻r可以起到限流的作用，用于保护推进器的电路避免受到大电流损伤。
50.在一些实施方式中，继续参考图2，传送器100还包括挡板130，挡板130可以有两块，分别设置在激光器200的两侧，挡板130可以用于限定激光器200的激光出射面201对应的带状固态含能工质101的位置，在主传动轮110、从传动轮120和挡板130的作用下，带状的固态含能工质101与激光器200的激光出射面201对应的区域与激光出射面201平行，能够提高固态含能工质101被更完全的烧蚀，提高固态含能工质101的利用率。
51.本技术实施例提供的推进器，通过设置挡板130，挡板130可以用于限定激光器200的激光出射面201对应的带状固态含能工质101的位置，在主传动轮110、从传动轮120和挡板130的作用下，带状的固态含能工质101与激光器200的激光出射面201对应的区域与激光出射面201平行，能够提高固态含能工质101被更完全的烧蚀，提高固态含能工质101的利用率。
52.示例性的，继续参考图2，在电源和总控制器600的作用是为电容c1充电及控制对阳极板410和阴极板420的放电频率。激光控制器700为脉冲型激光器200和固态含能工质101的传送器100供电，并控制激光器200工作频率和传送器100的运行速度。带状的固态含能工质101紧贴挡板130，位于脉冲型激光器200的焦点位置。绝缘板800隔离激光烧蚀工质区域和烧蚀产物的喷射区域300。推进器在工作时，激光控制器700控制激光器200的脉冲工作，同时传送器100接收激光控制器700的运行指令并以给定速度运转，电源及总控制器600向为电容c1充电储能并以给定频率放电。脉冲型激光器200烧蚀固态含能工质101后，带状的固态含能工质101的已烧蚀部分由传送器100带动离开激光器200的焦点，由未烧蚀的固态含能工质101补充到激光器200焦点位置。脉冲型激光器200烧蚀固态含能工质101时会释放固态含能工质101的化学能，在激光能量和化学能的共同作用下可使激光能量利用率突破100％，产生充分反应的烧蚀产物，形成喷射区域300，与此同时，带电粒子通过电容c1脉冲放电通道中时，在强电场的作用下可与部分未电离或电离不充分的固态含能工质不断碰撞电离，进一步提高了电离率。带电粒子在阳极板410和阴极板420的电容脉冲放电产生的电磁场和气动力的作用下，加速喷出，形成推力，从而推动微纳卫星运行，实现卫星特定任务。
53.本技术提供的推进器，采用了脉冲型激光器烧蚀固态含能工质和电容脉冲放电加速带电粒子的双脉冲工作模式，脉冲激光烧蚀固态含能工质，释放化学能的同时产生充分反应的烧蚀产物，在电容脉冲放电对阳极板和阴极板所产生的电磁场和气动力的作用下，加速喷出，兼具了高比冲，比冲可以超出1000s，以及高能量利用率，利用率可以大于或等于100％，等优点，推进器的结构简单，体积小，同时脉冲激光激发的固体含能工质质量精准可控，是一种新型的空间推进方式，可广泛应用于精准微纳卫星的组网、交会对接等任务。
54.在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
56.尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。
57.显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种推进器，其特征在于，包括：传送器，所述传送器用于传送固态含能工质；激光器，所述激光器用于生成激光，并控制所述激光照射所述固态含能工质，以生成烧蚀产物。2.根据权利要求1所述的推进器，其特征在于，所述传送器包括主传动轮和从传动轮；所述固态含能工质为带状，所述主传动轮和所述从传动轮之间的所述固态含能工质与所述激光器的激光出射面相对设置。3.根据权利要求2所述的推进器，其特征在于，所述固态含能工质包括透明薄膜基底和固态含能工质材料，所述固态含能工质材料涂覆在所述透明薄膜基底一侧的表面，所述主传动轮和所述从传动轮之间的所述固态含能工质的所述透明薄膜基底朝向所述激光器。4.根据权利要求1-3中任一项所述的推进器，其特征在于，还包括：粒子加速器，所述粒子加速器用于对所述烧蚀产物内的带电粒子进行加速；储能器件，所述储能器件用于为所述粒子加速器供电。5.根据权利要求4所述的推进器，其特征在于，所述储能器件包括电容。6.根据权利要求5所述的推进器，其特征在于，所述粒子加速器包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板分别电连接于所述电容的两端，所述阳极板与所述阴极板之间的空间用于容纳所述烧蚀产物。7.根据权利要求4所述的推进器，其特征在于，还包括：总控制器，所述总控制器用于控制所述储能器件按照设定频率充放电。8.根据权利要求1所述的推进器，其特征在于，还包括：激光控制器，所述激光控制器分别与所述激光器和所述传送器电连接。9.根据权利要求4所述的推进器，其特征在于，还包括：绝缘板，所述绝缘板设置在所述激光器与所述粒子加速器之间，所述绝缘板设置有通孔，所述激光器的激光出射面在所述绝缘板上的正投影落入所述通孔内。10.根据权利要求1所述的推进器，其特征在于，还包括：微光路系统，所述微光路系统设置于所述激光器的激光出射面与所述固态含能工质之间。

技术总结
本申请公开一种推进器，涉及航天技术领域，能够解决现有的电推进技术通常采用的是气态工质，存储气态工质的气瓶体积大、重量大，难以适用于微小卫星的推进器的问题。推进器，包括：传送器，所述传送器用于传送固态含能工质；激光器，所述激光器用于生成激光，并控制所述激光照射所述固态含能工质，以生成烧蚀产物。以生成烧蚀产物。以生成烧蚀产物。


技术研发人员：贾少霞 李龙 蔡建 杨景华 张兴华 金婷 张振华 刘芳芳
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2023/6/3