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Thrust noise minimization in long-term laser ablation of propellant material in the nanosecond and picosecond regime

Lorbeer, Raoul-Amadeus und Scharring, Stefan und Karg, Stephanie und Pastow, Jan und Pastuschka, Lisa und Förster, Daniel Johannes und Eckel, Hans-Albert (2016) Thrust noise minimization in long-term laser ablation of propellant material in the nanosecond and picosecond regime. Optical Engineering, 56 (1), 011010. Society of Photo-optical Instrumentation Engineers (SPIE). doi: 10.1117/1.OE.56.1.011010. ISSN 0091-3286.

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Offizielle URL: http://opticalengineering.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=2545571

Kurzfassung

The avoidance of any moving parts in a microthruster exhibits a great potential for low-noise thrust generation in the micronewton range. This is required, e.g., for scientific missions that need attitude and orbit control systems with exquisite precision. Laser ablation propulsion offers the opportunity of permanent inertia-free, electro-optical delivery of laser energy to access the propellant entirely without moving it. New propellant is accessed by ablating the previous surface in layers, essentially damaging the surface with a laser over and over again. The resulting surface properties for different fluences and scanning patterns were investigated for multiple layers of aluminum, copper, and gold. The pulse-length-specific issues of various ablation mechanisms such as vaporization, spallation, and phase explosion are accounted for by the use of a 10-ps laser system and a 500-ps laser system. We show that the surface roughness produced with 500-ps laser pulses is approximately twice the surface roughness generated by using 10-ps laser pulses. Furthermore, with 500-ps pulses, the surface roughness shows low dependency on the fluence for carefully chosen scanning parameters. Therefore, we conclude that laser pulse duration differences in the picosecond and nanosecond regimes will not necessarily alter surface roughness properties.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/106280/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Thrust noise minimization in long-term laser ablation of propellant material in the nanosecond and picosecond regime
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lorbeer, Raoul-Amadeusraoul.lorbeer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3674-9796NICHT SPEZIFIZIERT
Scharring, Stefanstefan.scharring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karg, StephanieStephanie.Karg (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pastow, JanJan.Pastow (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pastuschka, Lisalisa.pastuschka (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Förster, Daniel Johannesdaniel.foerster (at) ifsw.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eckel, Hans-AlbertHans-Albert.Eckel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4581-6375NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 August 2016
Erschienen in:Optical Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:56
DOI:10.1117/1.OE.56.1.011010
Seitenbereich:011010
Verlag:Society of Photo-optical Instrumentation Engineers (SPIE)
Name der Reihe:Special Section on Laser Damage III
ISSN:0091-3286
Status:veröffentlicht
Stichwörter:laser ablation vacuum laser matter interaction surface roughness
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Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Physik > Studien und Konzepte
Hinterlegt von: Lorbeer, Raoul-Amadeus
Hinterlegt am:06 Okt 2016 16:31
Letzte Änderung:03 Nov 2023 07:38

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