Расчетно-теоретическое исследование характеристик и обоснование возможности создания многоцелевой космической энергоустановки на основе фтороводородных непрерывных химических лазеров

• Автор: Авдеев, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.07.05, 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 191 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Список сокращений
ВВЕДЕНИЕ
Обзор литературы
Глава 1 РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНОГО ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ НЕ(БЕ)-ЛАЗЕРА
1.1 Оценка удельной энергии наносекундных импульсов излучения, которую можно извлечь из активной среды НЕ-НХЛ
1.2 Расчет параметров импульсного задающего генератора на основе НЕ-НХЛ.
1.3 Расчет параметров предусилителя коротких импульсов на основе НЕ-НХЛ
1.4 Расчет параметров импульсного задающего генератора и усилителя на основе ИЬ-ИХЛ
1.5 Расчет предельной длины активной среды в усилителе коротких импульсов НЕ-НХЛ излучения
1.6 Расчет энергетических характеристик оконечного усилителя коротких импульсов НЕ-излучения
1.7 Расчет мощности непрерывного излучения системы
Выводы к главе
Глава 2 РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКОЙ ФОРМИРУЮЩЕЙ И ИНФОРМАЦИОННО-ПРИЦЕЛЬНОЙ СИСТЕМ (ФИПС)
2.1 Обоснование общих требований к системе обнаружения опасных ФКМ (по солнечному блику или по локационному сигналу)
2.2 Обоснование выбора типа лазерного локатора
2.3 Разработка оптической ФИПС с раздельными передающим и принимающим локационными каналами и наведением лазерного излучения на ФКМ с помощью выходного формирующего кассегреновского телескопа
2.4 Анализ применяемых оптических материалов для изготовления элементов
формирующей оптической системы
Выводы к главе
Глава 3 РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ МКЛЭУ НА БОРТУ КА

3.1 Основные параметры КА, используемого для размещения на нем МКЛЭУ
3.2 Оценка массогабаритных характеристик собственных систем КА
3.3 Оценка массогабаритных характеристик МКЛЭУ
3.3.1 Система генерации излучения
3.3.2 Система подачи компонентов лазерного топлива
3.3.3 Формирующая оптическая система
3.3.4 Система лазерной локации
3.3.5 Система хранения компонентов лазерного топлива
3.3.6 Система электропитания МКЛЭУ
3.4 Общая компоновка МКЛЭУ на борту КА
Выводы к главе
Глава 4. Прикладные задачи для разрабатываемой МКЛЭУ
4.1 Защита КА и очистка околоземного пространства от опасных ФКМ с помощью МКЛЭУ
4.1.1 Случай компланарных орбит
4.1.1.1 Постановка задачи
4.1.1.2 Методика расчет лазерного воздействия на ФКМ
4.1.1.3 Результаты расчетов
4.1.2 Случай пересечения орбит ФКМ и КА под углами
4.1.2.1 Постановка задачи
4.1.2.2 Методика расчета лазерного воздействия на ФКМ
4.1.2.3 Результаты расчетов
4.2 Экологический контроль (мониторинг) приземной атмосферы из космоса с помощью МКЛЭУ
4.3 Разработка механизма подпитки энергией КА для продления их срока службы
4.3.1 Приемник излучения КА ;
4.3.2 Расчет времени затенения подзаряжаемого спутника и механизма собственной
зарядки и разрядки АКБ
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Список сокращений
АКБ - аккумуляторная батарея;
АС - активная среда;
ВУК - вычислительно-управляющий комплекс;
ГАС - генератор активной среды;
ЗГ - задающий генератор;
ИПР - импульсно-периодический режим;
КА - космический аппарат;
КУСС - коэффициент усиления слабого сигнала;
МДР - модуляция добротности резонатора;
МКЛЭУ - многоцелевая космическая лазерная энергоустановка; НХЛ - непрерывный химический лазер;
ОМУ - оптико-механический узел;
ОПС - обитаемая пилотируемая станция;
ОУМ - оконечный усилитель мощности;
ПР - плоский резонатор;
ПУМ - предусилитель мощности;
СБ - сопловой блок;
СГИ - система генерации излучения;
СХПК - система хранения и подачи компонентов;
УСИ - усиленное спонтанное излучение;
ФИПС - формирующая информационно-прицельная система; ФКМ — фрагменты космического мусора.

тического применения коротких импульсов с очень большой пиковой мощностью -при лазерном разделении изотопов, управления химическими реакциями, инициирования и поддержания искрового разряда, резки металлов и абляции, бурения скважин и др. Высокая пиковая мощность необходима также для повышения эффективности нелинейных процессов, таких как частотное преобразование излучения и обращение волнового фронта (ОВФ).
Интерес к ИПР лазеров с непрерывной накачкой значительно возрос с середины 80-х годов, когда такой режим работы стали осуществлять на различных типах лазеров. Так, в 1985 году метод МДР был выполнен для С02 электроразрядного лазера [43] путём применения электрооптического модулятора или механического прерывателя. Получены частоты генерации излучения в диапазоне 10...40 кГц при длительности импульсов-200...300 не.
Большой интерес вызывает возможность работы проточного сверхзвукового НР(ОТ)-НХЛ в ИПР, что обеспечивается достаточно большим временем жизни (-1 мке) колебательно вращательных уровней НР(БР). Высокая средняя мощность, свойственная НХЛ, позволяет в случае ИПР получать сверхвысокую импульсную мощность. В сравнении с непрерывным режимом генерации импульснопериодический режим во фтороводородных химических лазерах с непрерывной накачкой мало изучен. Так, например, теоретически ИПР в НР-НХЛ был рассмотрен в работе [44], где проводилась оценка энергетических характеристик данного лазера при частоте модуляции добротности резонатора равной частоте смены активной среды в зоне генерации. Течение в активной среде описывалось двухмерными уравнениями Навье-Стокса в приближении узкого канала. Для получения атомарного фтора в камере сгорания здесь была рассмотрена традиционная в НР-НХЛ топливная композиция на основе П2, Р2 и Не. В проводимых расчётах учитывалось неравновесное распределение по вращательным уровням молекулы НБ, что является одной из особенностей численного моделирования ИПР в НХЛ по сравнению с непрерывным режимом работы, поскольку в случае ИПР достижимы длительности импульсов до 50 не и менее, что существенно меньше времён вращательной релаксации (более 100 не). Эта работа получила своё развитие в [45], где, в отличие от [44], детально исследовалась динамика импульса излучения посредством решения дополнительных нестационарных уравнений в рамках уравнений свободной генерации излучения на каскадных пе-