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Numerical Simulations on Laser-Ablative Micropropulsion with Short and Ultrashort Laser Pulses

Scharring, Stefan und Lorbeer, Raoul-Amadeus und Eckel, Hans-Albert (2016) Numerical Simulations on Laser-Ablative Micropropulsion with Short and Ultrashort Laser Pulses. Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 14 (ists30), Seiten 69-75. Aerospace Technology Japan. doi: 10.2322/tastj.14.Pb_69. ISSN 0549-3811.

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Offizielle URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/tastj/14/ists30/14_Pb_69/_article

Kurzfassung

Aiming for the generation of high-precision thrust in the µN range, focused high-intensity laser pulses are used employing the recoil of the jet of the ablated material. Whereas a single laser pulse yields an extremely low impulse bit in the range of several nNs, a broad thrust range can be accessed by the variation of the laser pulse repetition rate up to several hundreds of kilohertz. A detailed laser parameter study is carried out for aluminum and gold as propellant varying the pulse length from 100 fs to 10 ns and the fluence from 0.09 to 23.8 J/cm^2. Two different regimes of thruster operation with respect to laser pulse length and specific impulse are identified. Irrespective of the pulse length regime, optimum impulse coupling is found at laser spot fluences around 2 J/cm^2 for aluminum and 20 J/cm^2 for gold, respectively, with coupling coefficients in the range of 25 to 40 μN/W. For ultrashort pulses, jet velocities are rather small yielding a specific impulse in the range of 70 s to 200 s, whereas for longer pulses beyond ≈ 100 ps, Isp is found to be in the range of 500 to 1000 s and beyond enabling low propellant consumption. However, ultrashort-pulse laser ablation might be favorable since material can be removed very smoothly which might contribute to very low thrust noise.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/106341/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Numerical Simulations on Laser-Ablative Micropropulsion with Short and Ultrashort Laser Pulses
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Scharring, Stefanstefan.scharring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lorbeer, Raoul-Amadeusraoul.lorbeer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eckel, Hans-AlbertHans-Albert.Eckel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4581-6375NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 September 2016
Erschienen in:Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.2322/tastj.14.Pb_69
Seitenbereich:Seiten 69-75
Verlag:Aerospace Technology Japan
ISSN:0549-3811
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Micropropulsion, Pulsed Thrusters, Laser Ablation, Impulse Coupling, Thrust Noise
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Laserforschung und Technologie (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Physik > Studien und Konzepte
Hinterlegt von: Scharring, Stefan
Hinterlegt am:06 Okt 2016 16:33
Letzte Änderung:30 Mai 2019 22:06

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