空间较低能量密度纳秒激光脉冲辐照金属靶的能量耦合瞬态过程及力学效应机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11772202
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1202.冲击动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The mechanical effects induced by irradiating target with high power laser can be used in space debris removal. A scientific problem in this field is that, in order to improve thrust performance, if it is possible to heat the target surface rapidly to a high temperature high impulse generation state and keep it for sufficient long time, with using of polarized laser and a nanosecond pulse with special pulse shape which includes a high power leading peak stage and a relative low power tail stage. Polarization sate is selected as an influence factor because it can change surface reflectivity when irradiation target with laser beam. This research plans to resolve the problem by measuring the transient process of laser energy coupling to target and the generated impulse, and study the influence mechanisms of several related factors as well. In the research, measuring of the transient process of energy coupling is one difficult part. For this, we propose to use photon diode array to measure the special distribution of reflected laser power during the laser irradiating process. Based on the energy coupling result and the material specification parameters, a model of the target surface temperature changing process when it is irradiated by a nanosecond laser pulse is establish. The model includes parameters like laser specification, surface temperature and pressure. The calculated results with the model are used to compare with that obtained using a micro-impulse measuring device. The compare results are going to be used to verify the validity of the model and perform further modification to it for optimizing of the laser parameters in a future practice laser propulsion operation in space.
激光辐照物质产生的力学效应可应用于激光空间碎片清除。该领域目前面临的一个科学难题是,能否在较低激光能量密度下,通过对激光偏振态及纳秒脉冲各阶段功率的主动调制,实现对靶材的初期快速加热以迅速达到高温高推力状态,并使其维持较长时间,以优化推进效果。偏振态选择能改变靶面反射率从而影响升温速率。调制的激光脉冲包含一个用于初期快速加热靶材的高功率短脉宽段及一个紧随的用于维持高温状态的较低功率段。本项目拟通过对物质的能量耦合瞬态过程及宏观力学效应的测量解答该难题并研究相关参数产生影响的机理和机制。其中对瞬态过程的测量是该领域的难点,采用光电二极管阵列探测过程中的反射光功率空间分布是一种有效的技术途径。基于该能量耦合过程及材料物性参数,建立包含激光参数、靶面温度和压力的激光辐照下物质升温模型,与用微推力测试装置测得的宏观推力结果进行比较,对模型进行反馈修正并实现对低能量密度条件下空间激光推进方案的优化。

结项摘要

激光推进利用高功率激光辐照物质时在辐照区域引起的高温热气团喷射反冲力对靶面产生推进作用,具有远距离非接触作用、对激光平台无反作用力、平台无工质消耗等优点,在空间碎片清除、失控卫星消旋等方面有巨大的潜在应用前景。然而,在这些应用中,主要受限于天基平台脉冲激光器脉冲能量水平和激光空间远距离传输光束扩散等效应影响,到达目标的激光能量密度较低,难以获得理想的推进性能,这是当前制约上述应用实现的关键问题。针对此问题及空间目标非配合的特点,本项目以脉冲激光烧蚀铝靶的冲量耦合情况及能量吸收瞬态过程为研究对象,通过对激光偏振态及入射角度调节、脉冲功率波形主动调控的方法,实现对激光烧蚀推进性能的提升,阐明通过对以上激光参数调节实现冲量耦合提升的调控机理,完善较低能量密度条件下激光烧蚀金属冲量耦合模型,结合数值模拟研究结果,指导空间激光推进应用方案中对激光参数的设计和优化,提升激光推进性能,提高技术成熟度,为实现激光推进空间碎片清除等应用提供理论指导和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
2 cm电子回旋共振离子源猝灭现象模拟
2 cm电子回旋共振离子源异常熄火的数值研究
  • DOI:
    10.7498/aps.71.20212151
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    付瑜亮;杨涓;王彬;胡展;夏旭;牟浩
  • 通讯作者:
    牟浩
The Traceable Calibration of Thrust Stand by Electrostatic Force
静电力推力台的可追溯校准
  • DOI:
    10.3791/63465
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Visualized Experiments
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bin Wang;Yong Yang;Zhan Hu;Yelong Zheng
  • 通讯作者:
    Yelong Zheng
Optimal design and validation of atom trapping and atomic storage time for active hydrogen maser
活性氢脉泽原子捕获和原子存储时间的优化设计与验证
  • DOI:
    10.1063/5.0037945
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Review of Scientific Instruments
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Liu Shanmin;Wang Likun;Wu Xiaoguang;Guo Ming;Chen Xin;Zhu Hongbin;Wang Pengcheng;Wang Bin;Wang Wei
  • 通讯作者:
    Wang Wei
Nanomaterials Prepared via Pulsed Laser Processes
通过脉冲激光工艺制备的纳米材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王莉萍;王彬;李光石;朱洪斌;鲁雄刚
  • 通讯作者:
    鲁雄刚
Research progress in the in-situ utilization of lunar soil
月壤原位利用研究进展
  • DOI:
    10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.26.003
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Journal of Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    车浪;王彬;赵鹏飞;朱洪斌;程鹏;李光石;张永合;鲁雄刚
  • 通讯作者:
    鲁雄刚

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其他文献

平均血小板体积在砷暴露与动脉粥样硬化性心血管疾病风险中的潜在作用
  • DOI:
    10.13213/j.cnki.jeom.2019.19258
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境与职业医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱春梅;王彬;肖丽丽;曹丽敏;周敏;陈卫红
  • 通讯作者:
    陈卫红
Investigation on Hydrological Function of Paddy Field in Four-lake Region
四湖区稻田水文功能调查
  • DOI:
    10.1109/isdea.2012.215
  • 发表时间:
    2013-01
  • 期刊:
    ISDEA 2013
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈清华;刘章勇;王彬
  • 通讯作者:
    王彬
猪血清中PCV-2全基因组的克隆与序列分析
  • DOI:
    10.13881/j.cnki.hljxmsy.2017.05.0192
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    黑龙江畜牧兽医
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国;梁海英;曾智勇;汤德元;王彬;黄涛;代振江;叶百川;张爱琼;咸文;何小莉
  • 通讯作者:
    何小莉
A Three-Step Synthesis of Acotiamide for the Treatment of Patients with Functional Dyspepsia
三步合成阿考酰胺治疗功能性消化不良
  • DOI:
    10.1021/acs.oprd.5b00256
  • 发表时间:
    2015-11
  • 期刊:
    Org. Process Res. Dev.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    付凯;杨柳;王秋芬;战付旭;王彬;杨倩;马志佳;郑庚修
  • 通讯作者:
    郑庚修
东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特征与多营力复合侵蚀的研究重点
  • DOI:
    10.13961/j.cnki.stbctb.2019.04.049
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    水土保持通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑粉莉;张加琼;刘刚;范昊明;王彬;沈海鸥
  • 通讯作者:
    沈海鸥

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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