Entwicklung eines laser-ablativen Mikroantriebs zur Lageregelung im μN-Bereich

Abstract

Zur hochgenauen Lageregelung von Satelliten und Satellitenkonstellationen wird am Institut für Technische Physik das Konzept des laser-ablativen Mikroantriebs untersucht. Bei diesem Antrieb wird durch fokussierte, kurze Laserpulse Material von einer metallischen Oberfläche abgetragen mit dem Ziel, durch den Rückstoß des entstehenden Plasmajets möglichst definierte Impulsbits zu generieren, die bei einer hochfrequenten Laserpulsfolge der Schuberzeugung im µN-Bereich dienen sollen. Der Einsatz elektrooptischer Strahlsteuerung ermöglicht dabei den vollständigen Verzicht auf störende bewegliche Komponenten in einem zukünftigen Triebwerk. Zur Schubmessung im Vakuum wurde eine hochempfindliche Torsionswaage konstruiert, mit der Kräfte im µN-Bereich messbar sind. Für die Optimierung der Laserparameter im Hinblick auf einen dauerhaft gleichmäßigen Materialabtrag während der Brenndauer des Triebwerks werden die Materialproben mit Weißlichtinterferometrie profilometrisch analysiert. Divergenz und Geschwindigkeitsverteilung der geladenen Teilchen des Treibstrahls werden durch Faraday-Becher bestimmt. Die experimentellen Arbeiten werden u.a. durch molekulardynamische Modellrechnungen zum Ablationsprozess sowie PIC-DSMC-Simulationen zur Ausbreitung des Treibstrahls ergänzt.