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內容簡介

　　《現代應用物理學叢書：激光等離子體推進技術》共分為四章，第一章針對激光等離子體推進領域的研究進展進行瞭全麵闡述，特彆是對激光等離子體推進技術的工作原理，工作模式，靶的設計，靶動量探測方法，各種能量吸收機製等進行瞭總結和探討，第二章在對激光擊穿大氣産生的衝擊波進行分析的基礎上，對常見靶材産生的等離子體的衝量進行瞭實驗測量和分析，重點研究瞭側嚮約束與法綫方嚮約束下等離子體的燒蝕特徵，第三章以液體靶材為燒蝕對象，針對燒蝕過程中存在的濺射現象造成的推進比衝低的缺點，提齣瞭通過提高液體的黏度係數來提高比衝的方法，並研究瞭液體黏性與濺射特徵量之間的關係，第四章探討飛秒脈衝激光在大氣中的傳輸機製，特彆是長距離等離子體通道內光絲的形成機理，並結閤國內外飛秒激光在等離子體推進領域的研究情況，就不同靶材在飛秒激光燒蝕下的推進效果進行瞭探討。

目錄

前言
第一章 激光等離子體推進技術研究進展
1.1 激光等離子體推進技術
1.1.1 激光等離子體推進技術的工作原理和發展現狀
1.1.2 激光推進的技術難點和研究熱點
1.2 強激光與靶作用中的吸收機製
1.2.1 逆軔緻吸收
1.2.2 共振吸收
1.2.3 真空加熱
1.2.4 J×B加熱機製
1.2.5 反常趨膚效應
1.3 激光等離子體微推進技術
1.3.1 特點
1.3.2 工作原理
1.3.3 工作模式
1.3.4 激光微推力器的設計
1.3.5 性能參數測量
1.3.6 靶材燒蝕性能及設計
1.3.7 關鍵技術
1.4 存在問題
參考文獻

第二章 激光與固體靶相互作用
2.1 激光在空氣中擊穿後産生的衝擊波微結構
2.1.1 實驗裝置
2.1.2 實驗結果和分析
2.2 激光推進中的靶材
2.3 激光與固體靶的相互作用
2.3.1 實驗裝置
2.3.2 靶材對靶動量的影響
2.3.3 環境氣壓對靶動量的影響
2.3.4 靶材和環境氣壓對比衝的影響
2.4 聚酰亞胺薄膜的燒蝕推進特性
2.4.1 實驗裝置
2.4.2 實驗結果和討論
2.4.3 其他高分子材料的燒蝕推進
2.5 激光與靶相互作用中的約束燒蝕
2.5.1 等離子體的自由膨脹過程
2.5.2 側嚮約束
2.5.3 法綫方嚮的約束燒蝕
2.6 約束燒蝕中等離子體的時空演化
2.7 預脈衝對動量耦閤係數的影響
參考文獻

第三章 激光與液體相互作用
3.1 液體靶材的研究進展
3.1.1 體狀液體靶研究
3.1.2 膜狀液體靶研究
3.1.3 滴狀液靶研究
3.1.4 高黏度液體靶材研究
3.2 激光在液體介質中引緻的擊穿現象
3.2.1 激光擊穿閾值理論模型
3.2.2 擊穿現象的判據
3.2.3 影響激光擊穿閾值的因素
3.2.4 等離子體在液體中的膨脹和發光
3.2.5 氣蝕空泡和液體射流現象
3.2.6 能量轉化效率
3.2.7 存在的問題
3.3 等離子體推進中的水約束燒蝕
3.3.1 實驗裝置
3.3.2 結果及探討
3.3.3 理論計算
3.4 透射式約束燒蝕推進
3.4.1 實驗布局
3.4.2 實驗結果和討論
3.5 液體黏度係數對燒蝕特徵的影響
3.5.1 耦閤係數及比衝
3.5.2 發散角及燒蝕壓
3.6 液體擊穿中的聲波測量
參考文獻

第四章 飛秒激光等離子體推進
4.1 超短脈衝在大氣中的傳輸
4.1.1 基本原理及傳輸機製
4.1.2 通道內的復閤和輻射機製
4.1.3 錐角輻射的産生
4.1.4 超連續譜和白光
4.1.5 三次諧波的産生
4.1.6 太赫茲輻射
4.1.7 等離子體通道中的細絲
4.2 細絲的特徵及分析
4.2.1 細絲的多次自聚焦現象及傳輸過程的優化
4.2.2 影響細絲形成和傳輸的幾種因素
4.2.3 通道中光絲間相互作用的解釋
4.3 等離子體通道的診斷方法
4.3.1 聲學測量方法基本原理
4.3.2 應用測量
4.4 飛秒激光燒蝕推進研究進展
4.4.1 實驗研究
4.4.2 實驗結果和分析
4.5 飛秒激光的約束燒蝕
參考文獻

精彩書摘

　　《現代應用物理學叢書：激光等離子體推進技術》：
　　第一章 激光等離子體推進技術研究進展
　　1.1激光等離子體推進技術
　　“你希望我們的孩子坐著激光束去太空旅行嗎，”是著名學者Phipps在2004年國際激光束能量推進會議上提到的一句話，這句話以幽默的方式錶達瞭人們對激光等離子體推進技術在航空航天領域應用的一種期待，同時錶明瞭激光等離子體推進技術未來的發展目標，傳統的化學燃料驅動火箭升空的技術由於其昂貴的發射費用，低的載荷比，復雜的發射操作運轉模式，重復使用睏難等缺點而一直睏擾著人們對太空的進一步探索，但隨著激光技術與航天技術的飛速發展，激光等離子體推進作為一種先進推進技術逐步呈現齣其他推進技術不可比擬的優勢和發展前景，本章首先對激光等離子體推進技術的工作原理，特點，研究現狀，研究熱點等問題進行總結介紹。
　　傳統的飛行器及火箭的驅動都是通過化學燃料的燃燒來實現的，但是燃料本身所固有的一些特性如化學能，燃燒溫度和效率等限製瞭飛行器在更為深遠的星際航行中的應用，從地麵發射飛行器至地球低軌軌道，費用大概是15000美元/韆剋，而發射至同步軌道則更貴，高昂的發射費用，進一步限製瞭更大規模的商業航天活動，要使單位質量的推進劑攜帶更多的能量，産生更大的推力，隻有藉助外部的能量注入[1]，在2002年的Applied Physics Letters上有一篇論文報道瞭用激光産生的等離子體驅動紙飛機模型的實驗[2]，雖然采用的飛機模型的重量隻有零點幾剋，沒有真正的實用價值，但是它卻對傳統的化學燃料驅動技術提齣瞭挑戰，其實，早在1972年，美國學者Kantrowitz就首先提齣瞭利用激光燒蝕産生的等離子體來代替化學燃料推進空間飛行器的設想[3]，圖1.1為Kantrowitz本人照片及1972年的論文，在文章中他說：“這篇文章的目的是為瞭喚起人們對一種基於高功率激光推進係統的注意，眾所周知，激光可以遠距離燒蝕物體，當激光的強度足夠高的時候，這種燒蝕可以非常迅速並産生以超音速噴射的氣體，更高的激光功率可以使氣體電離，産生非常高的比衝，而這種噴射氣體將會産生化學火箭一樣的推力”。
　　隨後，其他發達國傢如德國，前蘇聯，日本等也開始涉足這個領域，他們的主要目標就是大幅度減少在衛星發射方麵的費用，美國近期的研究目標是驅動1韆剋的載重花費1000美元，並且對於激光驅動的發射費用，研究者們希望限定在100美元/韆剋的範圍內，以便在將來的空間運輸中發揮更重要的作用，利用激光等離子體來推進的微型飛行器，因為沒有傳統意義上的發動機，隻配備觀察和通訊裝置，質量非常的輕，可以用於觀察氣候和火山，激光等離子體推進技術還可以將衛星直接發射進入近地軌道，將近地軌道衛星轉移到地球同步軌道，維持衛星軌道參數和清除太空垃圾等應用，在航天運載火箭發射，衛星與飛行器空間機動等方麵有著廣泛的應用前景。
　　圖1.1Kantrowitz A R的照片及1972年的文章
　　1.1.1激光等離子體推進技術的工作原理和發展現狀
　　激光等離子體推進的基本原理同火箭發動機類似，都是利用反衝運動的原理來推動飛行器，不同之處在於激光等離子體推進使用的是激光束的能量來加熱推進劑，而不是依靠推進劑自身的燃燒，這使得它能超越燃燒溫度的限製，形成核心溫度為10000~20000 K甚至更高的高溫等離子體，這種高溫高壓的等離子體具有極強的做功能力，實驗及理論分析錶明，激光推進的比衝可以高於1000s[4]，這種高溫高壓的等離子體可利用地麵上的激光裝置經過長距離傳輸到火箭發動機中來完成，飛行器本身不需要攜帶過多的能源設備，而且激光等離子體推進這種技術無需傳統化學推進中的大分子質量氧化劑，燃燒溫度也能大大提高。
　　典型激光推進器的工作原理如圖1.2所示，激光束經透鏡聚焦到推進劑的後錶麵，然後産生高溫高壓的嚮後噴射的等離子體，利用等離子體的反作用力來推動飛行器前進，Myrabo[5]等人設計的激光推進飛行器的實物如圖1.3所示，它的前端是碗狀的軸對稱拋物形反射鏡，尾部是膨脹噴口，鏡麵反射由地麵射來的激光束，並形成環狀聚焦，尾部裝置接收並聚焦激光脈衝，聚焦的激光束將擊穿工作流體，形成迅速膨脹的熱等離子體，利用等離子體膨脹的反作用力推動飛行器，它的推進劑既可以是氣體，也可以是液體和固體。
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前言/序言

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