Modellierungskonzepte zur laser-induzierten Ablation für den MICROLAS-Antrieb

Kurzfassung

Für lange Laserpulse (μs, ns) können Kenngrößen laser-ablativer Antriebe aus empirischen Formeln abgeschätzt werden. Die dreidimensionale Optimierung der zukünftigen Triebwerkskonfiguration erfordert hingegen verschiedene numerische Verfahren. Ausgangspunkt bilden hydrodynamische 1D-Simulationen zur laser-induzierten Ablation durch Pulse im Pikosekunden-Bereich auf der Basis des Zwei-Temperatur-Modells, die auf einem online Portal („Virtual Laser Laboratory“, VLL) des Joint Institute for High Temperatures der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau durchgeführt werden. Aus diesen Daten werden Aussagen zum Impulskoppelkoeffizienten, zum spezifischen Impuls, zur optimalen Energiedichte sowie weiteren optischen und plasmabezogenen Parametern abgeleitet und mit ersten experimentellen Ergebnissen verglichen. Die Simulationsergebnisse dienen darüber hinaus als Eingangsparameter für Direkte Monte-Carlo-Simulationen (DSMC) zur Ausbreitung des Treibstrahls (Richtung, Divergenz) mit dem PICLas-Code der Universität Stuttgart. Molekulardynamische (MD) Simulationen des Ablationsprozesses mit dem IMD-Code der Universität Stuttgart werden als ein- bis dreidimensionale Alternative zum VLL diskutiert.