一種利用激光加速核衰變的推進方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天領域，具體地涉及一種利用激光加速核衰變的推進方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]人類的推進技術迄今為止可以將太空飛行器加速到脫離太陽系的第三宇宙速度，目前脫離地球的最快飛行器速度是?16公里/秒，進一步提升面臨很大困難。宄其原因，是因為推進裝置產(chǎn)生的動力很難長久，反沖介質(zhì)的速度很難超越10倍聲速(?3公里每秒鐘)，脫離地球引力需要耗費大量的燃料。當前主流的火箭發(fā)動機依靠液體或固體燃料的燃燒形成高速射流，產(chǎn)生反沖力。由于有效負載的快速消耗，飛行器加速時間一般在半小時之內(nèi)。所以，深空探測飛船或探測器一般依靠初始火箭提供的速度擺脫所在星球的重力，然后用飛行器上的有限動力進行姿態(tài)和方向微調(diào)，在漫長的旅程中以幾乎恒定的速度滑向目標。到達目標后，減速、落地、重新起飛等仍然依靠類似火箭噴射的動力。為了最大化有效載荷，必須對資源配重精細規(guī)劃，以盡可能多地完成預定任務。依靠當前的推力方式，即燃料的化學反應產(chǎn)生推力的方式，太陽系內(nèi)的太空飛行時間漫長(從地球到火星單程目前需要120-330天，人類最快的飛行器從地球到冥王星需要九年以上)，有效載荷嚴重受限。對于光年距離的星際航行來講，目前的太空技術無能為力。
[0003]因此，人類一直在探索能夠更長期獲得更高速度的推動技術，以縮短太陽系內(nèi)及星際飛行時間。一些新興的推進裝置包括激光物質(zhì)升華推進技術，該技術依靠高能激光升華物質(zhì)產(chǎn)生反推力。另一種方式是將高電壓作用于帶電粒子，電磁場加速帶電粒子產(chǎn)生推力?？傊壳巴七M技術產(chǎn)生推力的物質(zhì)速度很難超過30千米每秒，遠距離宇航探索要縮短穿越時間，必須有新的技術突破。
[0004]綜上所述，本領域急需開發(fā)一種新型的可長期對飛行器進行推進且可以極大提高飛行器推進速度的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的可長期對飛行器進行推進且可以極大提高飛行器推進速度的系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于推進太空飛行器的推進裝置，所述推進裝置固定于所述太空飛行器的主體結構上，且所述推進裝置包括一個或多個近光速粒子推進單元，所述近光速粒子推進單元包括:推力產(chǎn)生結構、推力承接結構和激光系統(tǒng)，其中，
[0007]所述推力產(chǎn)生結構包括核衰變材料和金屬顆粒，其中，所述核衰變材料自然衰變產(chǎn)生近光速粒子，部分所述近光速粒子的動量被直接用作產(chǎn)生推進所述太空飛行器飛行的動力；
[0008]所述推力承接結構與所述太空飛行器的主體結構連接，且所述推力承接結構與所述推力產(chǎn)生結構相鄰，用于承接所述近光速粒子產(chǎn)生的動力且將所述動力傳遞至所述太空飛行器以推進所述太空飛行器飛行；
[0009]所述激光系統(tǒng)產(chǎn)生激光，所述激光加速所述核衰變材料衰變釋放近光速粒子。
[0010]在另一優(yōu)選例中，所述太空飛行器選自下組:衛(wèi)星、宇宙飛船、星際探測器。
[0011 ] 在另一優(yōu)選例中，所述太空飛行器包括飛行器主體結構和所述推進裝置。
[0012]在另一優(yōu)選例中，所述太空飛行器還包括電力系統(tǒng)、主控系統(tǒng)和光學系統(tǒng)。
[0013]在另一優(yōu)選例中，所述激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光經(jīng)所述光學系統(tǒng)調(diào)制后再透過所述推力承接結構。
[0014]在另一優(yōu)選例中，所述太空飛行器還包括對接單元，用于對接飛行器主體結構和所述推進裝置。
[0015]在另一優(yōu)選例中，所述近光速粒子推進單元位于所述太空飛行器的外側且對稱分布。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述近光速粒子推進單元位于所述太空飛行器主體結構的后部、尾部、兩側、或其組合。
[0017]在另一優(yōu)選例中，所述多個近光速粒子推進單元連接形成推力帆結構。
[0018]在另一優(yōu)選例中，所述推力帆結構優(yōu)選為網(wǎng)格狀結構。
[0019]在另一優(yōu)選例中，所述核衰變材料自然衰變產(chǎn)生的近光速粒子包括向背離所述推力承接結構方向的(即后行的)近光速粒子P’和向所述推力承接結構方向的(即前行的)近光速粒子P，其中，部分所述近光速粒子P’的動量被直接用作產(chǎn)生推進所述太空飛行器飛行的動力。
[0020]在另一優(yōu)選例中，部分所述近光速粒子P的動量被直接用作產(chǎn)生推進所述太空飛行器飛行的動力。
[0021]在另一優(yōu)選例中，所述推力產(chǎn)生結構的厚度為0.01-100000 μ m，較佳地為0.1-10000 μ m，更佳地為 1-1000 μ m，最佳地為 3-500 μ m。
[0022]在另一優(yōu)選例中，所述推力產(chǎn)生結構的厚度為4-100 μ m，較佳地為4-50 μ m，更佳地為4-30 μ m，更佳地為4-15 μ m，最佳地為4-10 μ m。
[0023]在另一優(yōu)選例中，所述推力產(chǎn)生結構的形狀選自下組:涂層狀、薄膜狀、網(wǎng)孔狀、片材狀、線材狀、塊狀、或其組合。
[0024]在另一優(yōu)選例中，所述推力產(chǎn)生結構中，所述核衰變材料和金屬顆粒的重量總含量^ 50wt%，較佳地^ 80wt%，更佳地^ 90wt%，最佳地^ 95wt%。
[0025]在另一優(yōu)選例中，所述推力產(chǎn)生結構中，所述核衰變材料和所述金屬顆粒的質(zhì)量比為I 一 99:1 一 99，較佳地為5 — 85:15 — 95，更佳地為10 — 70:30 一 90，最佳地為20-60:40-80ο
[0026]在另一優(yōu)選例中，所述推力產(chǎn)生結構中，所述核衰變材料和所述金屬顆粒均勻分布。
[0027]在另一優(yōu)選例中，所述“均勻分布”指在所述推力產(chǎn)生結構中任意單位面積內(nèi)的核衰變材料的密度與在整個推力產(chǎn)生結構中核衰變材料的平均密度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1 ;和/或
[0028]在所述推力產(chǎn)生結構中任意單位面積內(nèi)的金屬顆粒的密度與在整個推力產(chǎn)生結構中金屬顆粒的平均密度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1。
[0029]在另一優(yōu)選例中，所述推力產(chǎn)生結構中所述核衰變材料和所述金屬顆粒緊密接觸。
[0030]在另一優(yōu)選例中，組成所述核衰變材料的放射性元素的同位素的半衰期在激光激勵下縮短至其自然衰變半衰期的1/105° — 1/10 3O
[0031]在另一優(yōu)選例中，組成所述核衰變材料的放射性元素的同位素的半衰期在激光激勵下縮短至其自然衰變半衰期的1/104°— 1/10 5，較佳地為1/1035 — 1/10 8，更佳地為1/1030- 1/10 1Q，最佳地為 1/1025- 1/10 13O
[0032]在另一優(yōu)選例中，組成所述核衰變材料的放射性元素的同位素的自然核衰變半衰期彡10年，較佳地多20年，更佳地多30年，最佳地多40年。
[0033]在另一優(yōu)選例中，組成所述核衰變材料的放射性元素的同位素的自然核衰變半衰期彡50年，較佳地多100年，更佳地多150年，最佳地多300年。
[0034]在另一優(yōu)選例中，組成所述核衰變材料的放射性元素的同位素的半衰期在激光激勵下極大縮短。
[0035]在另一優(yōu)選例中，組成所述核衰變材料的放射性元素的同位素在激光激勵下的核衰變半衰期< 17秒，較佳地< 10 5秒，更佳地< 10 3秒，最佳地< 10秒。
[0036]在另一優(yōu)選例中，組成所述核衰變材料的放射性元素的同位素在激光激勵下的核衰變半衰期< 10_3秒，較佳地< 10 _4秒，更佳地< 10_5秒。
[0037]在另一優(yōu)選例中，所述核衰變材料由選自下組的放射性元素的同位素組成:钚、鈾、鐳、或其組合。
[0038]在另一優(yōu)選例中，所述近光速粒子的速度彡3 X 14米/秒，較佳地彡3 X 10 5米/秒，更佳地彡3 X 16米/秒，最佳地彡3 X 10 7米/秒。
[0039]在另一優(yōu)選例中，所述近光速粒子的速度大于千分之一倍光速。
[0040]在另一優(yōu)選例中，所述近光速粒子的速度不超過光速。
[0041]在另一優(yōu)選例中，所述近光速粒子為有質(zhì)量粒子，優(yōu)選地為α粒子、中子、質(zhì)子、電子、或其組合。
[0042]在另一優(yōu)選例中，所述金屬顆粒的粒徑為10 — lOOOOnm。
[0043]在另一優(yōu)選例中，所述金屬顆粒的粒徑為10 - 5000nm,較佳地為20 — 3000nm,更佳地為 25 - lOOOnm。
[0044]在另一優(yōu)選例中，所述金屬顆粒的形狀選自下組:球狀、類球狀、片狀、條狀、或其組合。
[0045]在另一優(yōu)選例中，組成所述金屬顆粒的金屬元素為