Адаптивные лазерные системы реактивной тяги, создаваемой при взаимодействии излучения с веществами CHO-химического состава

• Автор: Резунков, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Сосновый Бор
• Количество страниц: 259 с. : ил.

Введение . . . . .

Глава 1 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРОБЛЕМЫ

РАЗРАБОТКИ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ РЕАКТИВНОЙ ТЯ1И .

1 1 Основные этапы развития исследований по лазерной тяге

1 2 Основные характеристики гя1 и лазерных реактивных двигателей .

1 3 Основные механизмы формирования лазерной реактивной тя и . .

1 Формирование тяги в лазерных воэдушнореакжвных двша1ечях

1.3 2 Лазерная тяга на основе эффекта лазерной абляции

1.3 3 Лазернохимические реактивные двигатели

1 3 4. Основные типы лазерных реактивных двигателей .

1 4 Лазерные системы реактивной тяг и на основе лазерных систем передачи

световой энергии . .
1 4 1 Запуск космических аппаратов на околоземную орбиту Требования
к оптимальным характерно гикам лазерной реактивной тяги
1.4 2. Мсжорбитальныс полеты космических аппаратов с лазерным
реактивным двшелем .
1 4 3 Особенности применения ЛРСТ для коррекции движения
низкоорбитальных спутников . .
1 5 Выводы .
Глава 2 ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА С ПЛАЗМОЙ ПРИ ОПТИЧЕСКОМ ПРОБОЕ ГАЗОВЫХ И ГАЗОКАПЕЛЫ1ЫХ СРЕД
2 I Введение .
2 2 Модели формирования лазерной реактивной тяги при оптическом пробое
газовых и газокапельных сред
2 3 Экспериментальные исследования взаимодействия лазерною излучения с Iазовыми и газокапельными средами .
2 4 Модель лазерной плазмы, возникающей при взаимодействии мощною
импульса Ыблазера с газами .
2 5 Заключение . .
Глава 3 АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ДЕТ1АЦИИ РИ ВЗАИМОДЕЙСI ВИИ
ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕС ГВАМИ СНОХИМИ ЧЕСК О
СОС ГАВА, ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТОПЛИВА ДЛЯ ЛХРД .
3.1. Введение . . . .
3 2 Постановка экспериментальных исследований процессов лазерной
детонации веществ СНОхимическог о состава . . .
3.3 Результаты экспериментальных исследований различных веществ
СНОхимического состава для ЛРД . . .
3 3.1. Результаты экспериментов с по шмерными рабочими веществами
с использованием излучения имиульсно о СОглазера .
3 3 2 Результаты экспериментов с по шкриша чичешпш веществами с
использованием излучения Слазера
3 4 Экспериментальные исследования с использованием излучения
Шлазера . . .
3 5 Анализ результатов экспериментальных исследований по взаимодействию излучения с СНОвеществами, выбор рабочего вещества для ЛРД
3 6 КПД лазерных реактивных двигателей . . .
1 Химические реактивные двигатели .
3 6 2 Лазерные реактивные двигатели. .
3 6 3. Лазернохимические реактивные двигатели
3 7 Заключение . .
Глава 4 РЕАКIИВНАЯ ТЯГА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
4 1 Концепция аэрокосмическою лазерного реактивного двигателя .
4 2 Экспериментальные исследования моделей АКЛРД в импульсном
режиме работы СОглазера .
4 3 Экспериментальные исследования полетной модели АКЛРД в
импульснопериодическом режиме работы СОглазера . .
4 4 Модель АКЛРД для непрерывного СОглазера, экспериментальное
обоснование универсальности конструкции АКЛРД . .
4 4.1 Особенности работы лазерного реактивного двигателя с
непрерывным лазерным излучением . . . .
4 4 2 Экспериментальное обоснование универсальности концепции
АКЛРД в импульсном и в непрерывном режимах работы .
4 5 Заключение. . .
Глава 5 АДАПТИВНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ИМУЛЬСНО
ПЕРИОДИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОИОНИЗАЦИОННЫХ СЛАЗЬР0В . . .
5 1 Введение .
5 2 СОглазеры с дифракционной расходимосью излучения, ОВФ на основе
аффекта самовощействия и злучения в активной среде лазера .
5 2 1 Состояние исследований по ОВФ излучения импульсно
периодических Слазеров
5 2 2 ЧВВ излучения в инвертированной среде СОглаэсра
5 2 3 Постановка экспериментальных исследований по ОВФ в активной
среде СОглазера .
5 2 4 Особенности ЧВВ излучения в активной среде импульсного
СОглазера .
5 2 5 Характеристики ЧВОС при ЧВВ излучения в акшвной среде лазера
5 3 Генерация мощного СОзлазерпого пучка с дифракционной
расходимостью на выходе лазерной системы. .
5 З 1 ФОС на основе телескопа типа ГЕНОКОМ и ОВФзеркала
на основе элегаза с изотопически замещенной серой
5 3.2. ФОС на основе телескопа типа IЕНОКОМ и впутрирезонаторного
ОВФзеркала .
5 4 Лазерная система на основе метода квазиОВФ с динамической коррекцией внутри системных аберраций . .
5 5 Особенности использования излучения СОглазера для запуска аппаратов с ЛРД в атмосфере Земли . . . .
5 5 1 Эффект термоблюминга на горизонтальных атмосферных трассах
5 5 2 Влияния атмосферной турбулентности на доставку
лазерной энергии . . .
5 5 3 Алюритм яркою спекла и лазерная система доставки энергии в
атмосфере на ею основе
5 6 Выводы. .
Глава 6 ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ РЕАКТИВОЙ ТЯГИ ДЛЯ ОРГАИЗАЦИИ
ПОЛЕТОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ .
6.1 Введение
6 2 Влияние турбулентности на доставку лазерной энергии к космическому
аппарату с Л РД
6 3 Алгоритм формирования силового лазерною пучка с использованием
источника когерентного оптического излучения ИКОИ . . .
6 4 Лазерная система реактивной тяи космическою базирования
геостационарная орбита для межорбитальных полетов космических аппаратов.
6 5. Лазерная система реактивной тяги на основе лазеров с солнечной накачкой в системе ориентации и стабилизации положения межпланетного космического аппарата .
6 6 Заключение .
Заключение.
Список литературы


ЯРо Для записи динамической голограммыкорректора волнового фронта излучения СОглазера используется тепловая решетка плотности газа, формируемая под воздействием излучения лазера Модельные экспериментальные исследования в импульснопериодическом режиме работы лазера позволяют продемонстрировать эффективность разрабатываемых алгоритмов коррекции волнового фронта и формирования лазерной яи в динамическом режиме работы моделей ЛСР1. Разработанные методы формирования и наведения лазерного пучка, эффективной транспортировки лазерной энергии через земную атмосферу могут быть использованы в задачах запуска малоразмерных спутников на околоземные орбиты с использованием излучения импульснопериодических лазеров, а также уничтожения космического мусора с использованием излучения импульсных лазеров наземного базирования. СНОхимическою состава, как в вакуумных, так и в атмосферных условиях. Алгоритмы работы и схемы построения адаптивного контура лазерных систем реактивной тяги с использованием голограммыкорректора и искусственного когерентного источника излучения в атмосфере, реализующие компенсацию искажений лазерного пучка изза неизопланатизма распространения лазерного излучения в атмосфере Земли, разработанные с привлечением методов численного моделирования прохождения лазерного излучения в атмосфере. Научные результаты работы докладывались на международных научных конференциях. В главе 2 теоретически и экспериментально рассматривается одна из основных проблем создания эффективных лазерных реактивных двигателей эффективность вклада лазерной энергии в плазму оптического разряда Для определения параметров мноткрашо ионизированной плазмы степени ионизации и термодинамических функции в зависимости от начальной плотности газа пй и температуры Т была рассмотрена упрощенная модель, основанная на методе П. Вт Время работы лазера достигало 3 с. Для обоснования возможности создания универсального лазерною двшателя бы ш проведены экспериментальные исследования работы модели АКЛРД с использованием газодинамического СОглазера с выходной мощностью излучения до кВт. Экспериментальные исследования выполнены при творческом участии следующих сотрудников НИИКИ ОЭН Степанов В В , Агсйчик А А , Сафронов А Л , Савельева В П , Егоров М С, Борисов М Ф, Репина Е В, Остапенко С В Модели атмосферы Земли разрабатывались с участием Осипова В М и Шереметьевой Т А Автор выражает благодарность также сотрудникам Института Лазерной физики ИЛФ, С Петербург Шерсгобитову В Е, Димакову С А , Лещеву А А. Национальной Ливерморскои лаборатории США, позволяющий легко инициировать локальные пробои заза с последующим формированием единой ударной волны 5. I i v i ii Iiiiv. С начала х годов и по настоящее время существуют два основных направления в разработке систем лазерной тяги. Это, вопервых, запуск аппаратов на околоземные орбиты и, вовторых, организация межорбитальных полетов аппаратов с использованием лазерного излучения. При этом под лазерной системой реактивной тяги I обычно понимается лазерная система, включающую в себя только такие компоненты, как а лазер лазерный источник энергии с оптической системой передачи энергии и б аппарат с ЛРД. Тем не менее, начинают рассматриваться и более общие вопросы построения лазерных систем для запуска аппаратов на околоземную орбиту и их полетов в космосе ,. Одним их перспективных направлений в космонавтике XX века считается развитие многоразовых аэрокосмических транспортных средств для доставки космических аппаратов на околоземные орбиты рис. К таким средствам, в первую очередь, относятся частично многоразовые аэрокосмические системы типа США и Буран СССР на основе ракетных носителей. Однако стоимость запуска на орбиту космических аппаратов с помощью таких систем достигает нескольких десятков тысяч долларов за 1 кг полезной нагрузки, при этом основную массу запускаемой системы составляет ракетное топливо. Рис. Развитие в области гиперзвуковой аэродинамики и соответствующих аэрокосмических технологий привело к разработке одноступенчатых аэрокосмических самолетов типа Х США, Великобритания, Игла Россия . По оценкам , использование аэрокосмических средств должно снизить стоимость запуска на орбиту 1 кг полезной нагрузки до 0. Однако создатели этих систем столкнулись с рядом технических проблем разработки одноступенчатого самолета, связанных с особенностями вывода самолета в космос. Союз Протон 2.