ОЦЕНКА ПРИРАЩЕНИЯ СКОРОСТИ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ЛАЗЕРНОЙ ТЯГЕ. EVALUATION OF INCREASE OF SPEED OF SPACECRAFT BY A LASER PROPULSION

ОЦЕНКА ПРИРАЩЕНИЯ СКОРОСТИ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ЛАЗЕРНОЙ ТЯГЕ. EVALUATION OF INCREASE OF SPEED OF SPACECRAFT BY A LASER PROPULSION

© А.Г.Саттаров, А.В.Сочнев, А.Р.Бикмучев, Б.Р.Зиганшин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2019 г.

Аннотация: Лазерные реактивные двигатели имеют ограниченную дальность использования при внешнем подводе лазерной энергии. Это связано с дифракционной расходимостью лазерного излучения, которая зависит от длины волны и размера лазерного источника. В данной работе получена формула, оценивающая конечную скорость космического летательного аппарата. Существующие технологии позволяют прирастить скорость на 1‒10 км/с. Большую скорость можно развить при использовании зеркал свыше 700 мм или при переходе на электромагнитное излучение ультрафиолетового и рентген диапазона.

Ключевые слова: лазерный ракетный двигатель, лазерная реактивная тяга, лазерная тяга, ракетный двигатель, космический летательный аппарат.

Abstract: Laser jet engines have a limited range of use for external supply of laser energy. This is due to the diffraction divergence of laser radiation, which depends on the wavelength and size of the laser source. In this paper, a formula is obtained that estimates the final velocity of a spacecraft. Existing technologies allow speeding up by 1‒10 km / s. Greater speed can be developed when using mirrors over 700 mm or when switching to ultraviolet and x-ray electromagnetic radiation.

Keywords: laser rocket engine, laser propulsion, laser thrust, rocket engine, spacecraft.

Лазерные реактивные двигатели конструктивно проще и жидкостных, и электрореактивных, а по своим реактивным характеристикам занимают промежуточное положение между ними: могут обеспечить тягу 1–1000 Н при высоком удельном импульсе порядка 1000–2000 с и затратах лазерной мощности менее 10 кВт/Н [1].

Предполагается, что космический летательный аппарат (КЛА) в процессе маневрирования может удаляться от лазерного источника на расстояние до 200–300 км [2]. Малый угол расходимости не является неотъемлемым свойством лазерного излучения. Нижним пределом расходимости служит дифракционный угол, который обусловлен волновой природой света [3].

Используя данные, полученные ранее [4-7], можно оценить конечную скорость КЛА для участка разгона.

Литература

1. Резунков Ю.А. Лазерные системы реактивной тяги // Природа. – 2017. – № 4 (1220). – С. 3-13.

2. Егоров М.С., Резунков Ю.А. Уточнённая модель оптической системы космических мини-аппаратов с лазерной тягой // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2015. – Т. 15., № 5. – С. 825-830.

3. Грибковский В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. – Минск: Наука и техника, 1975. – 464 с.

4. Саттаров А.Г., Сочнев А.В., Бикмучев А.Р. Измерение импульса реактивной силы, создаваемый импульсным оптическим разрядом при помощи баллистического маятника // Труды Академэнерго. – 2015. – № 1. – С. 75-82.

5. Саттаров А.Г., Сочнев А.В. Измерение продолжительности импульса оптического разряда в воздухе и на модели СНО-состава для оценки мощностных параметров и режима работы импульсного лазера // Труды Академэнерго. – 2016. – № 3. – С. 133-140.

6. Локтионов Е.Ю., Протасов Ю.С., Протасов Ю.Ю. Эффективность генерации импульса отдачи при фемтосекундной лазерной абляции меди в вакууме // Журнал прикладной спектроскопии. – 2013. – Т. 80, № 2. – С. 257-265.

7. Саттаров А.Г. Концепция космического КЛА с малой начальной массой, выводимого на околоземную орбиту лазерным ракетным двигателем // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. – 2008. – № 2. – С. 41–45.