本发明属于新概念航天技术领域，本发明涉及光纤激光自推进装置系统和控制系统。
背景技术：
航天器控制系统是航天工程的重要组成部分，其工作时间长，精度要求高，环境特殊，并受重量和能量消耗等条件的限制，在系统结构上与运载火箭的控制系统有较大差别。
航天器控制包括姿态控制和轨道控制，在深空探索中，需要飞船有着很高的控制精度，星际飞行轨道初始速度和方向稍有误差，到达终点时将产生很大偏差。例如：到火星着陆的航天器在初制导结束时，若速度误差为0.3m/s，方向误差为1′，则到火星的距离偏差将达2万千米，相当于火星直径的三倍。而飞船在脱离运载火箭做惯性运动后，会受到各种天体引力的作用，这些引力会使航天器的飞行轨迹发生弯曲。这就需要飞船进行轨道和飞行姿态的精确调整，因此飞船上的各个小型推力推进器通过喷出气体的反作用力来调整方向和姿态。这些推进器一般是通过使用两种不同类型的化学物质来支持燃烧反应，产生热排气，从而产生推力。这两种化学物质就构成了专家称之为推进剂的东西。而无论是液体推进剂还是固体推进剂，在推进器的燃烧室发生化学反应时都很难去做到精确控制，如此产生的推力可能就达不到预期的效果，也就很难去精确控制飞船的姿态和轨迹。
1969年，美国空军火箭推进实验室(afrpl)的r.l.geisler提出了利用激光辅助火箭推进的概念，其基本原理是将远程激光能量导入推进器，使推进剂工质温度急剧上升，形成高温高压气体或等离子体从喷管中喷射出来，从而产生推力。
当前激光推进技术研究中，通常采用yag固体激光器(1.06μm)、自由电子激光器和tea脉冲co2激光器(10.6μm)作为光推进光源进行试验。
yag固体激光器重复频率和峰值功率可以很高，但对于激光推进来说，其单脉冲能量和平均功率均较低。自由电子激光器虽然具备波长可调，功率和效率高等优点，但单脉冲能量小(j或mj量级)，平均功率低，重复频率也较低，不能达到远程激光推进的要求。
tea脉冲co2激光器缺点也是相当明显的
(1)co2激光器输出激光质量较差，光束束腰半径和远场发散角较大，造成了对飞行器跟踪瞄准的困难增大，只能靠提高输出功率来增加燃料腔中的激光功率密度。
(2)电光转换效率低下，仅15％左右，能耗巨大。
(3)co2激光器系统发热量较大，需要相应的冷却装置，由于热效应的存在，使得系统的稳定性不好。
(4)co2激光器体积相对庞大，只能用于陆基，由此，需要寻找更适合激光推进技术要求的激光光源替代co2激光器。
技术实现要素：
1、专利目的
为了解决传统飞船推进控制系统很难快速达到精确控制轨道和飞行姿态，本发明采用光纤激光的精确可控性来运用到飞船的控制系统中。
2、技术解决方案
本发明采用光纤激光来代替co2激光，因为光纤激光光束质量高，具有非常高的功率和功率密度，实验室已达到100kw的输出水平；转换效率高并且容易冷却，光纤激光器一般可将70％～80％的进入光纤的泵浦能量转换为输出激光。细长的光纤具有很高的表面积/体积比，产生的热量沿着光纤长度分布，这样散热很快，损耗小，即使千瓦级的光纤激光器也只需简单可靠的风冷；光纤激光器具有极佳的稳定性、可靠性，可在灰尘、高冲击、高震动、高温度等各种恶劣的环境下工作，维护方便；泵浦二极管寿命长，可连续或脉冲运转，能获得宽调谐范围、很好的单色性和高稳定性。可以连续或脉冲输出，输出波形可以程序预设，输出频率0-5khz连续可调；由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可设计得相当小巧灵活、外形紧凑体积小，易于系统集成，性能价格比高。
因此将光纤激光应用到激光推进装置中，从而替代传统化学推进装置，在太空中利用太阳能帆板来提供电能，通过激光发射控制装置来控制激光的功率大小，在推进装置中与特殊工质反应，产生高温高压气体喷发出去产生动力，通过监测系统实时反馈的光船的轨道和姿态来选择不同位置的喷发装置来实现快速调整。原理就是通过控制激光功率的大小来控制各推进装置的推力大小，从而能快速精确控制光船(在此将飞船定义为光船)的飞行轨迹和姿态。
3、技术效果及优点
采用光纤激光自推进控制系统能够解决yag固体激光器(1.06μm)、自由电子激光器和tea脉冲co2激光器(10.6μm)作为激光推进光源的各种问题，比如yag固体激光器的单脉冲能量和平均功率均较低；自由电子单脉冲能量小(j或mj量级)，平均功率低，重复频率也较低，不能达到远程激光推进的要求；co2激光器的不足之处更是很多。首先利用光纤激光主推进控制系统能够得到一个很大的推力，因为激光推进可产生10000～20000k的高温，推进剂分子质量小，比推力可达20000n.s/kg，这远远超出传统化学推进系统产生的推力，足以令宇宙光船达到一个很高的速度。在此基础上光船又有很多个的负责调整轨道和姿态的副推进系统，由于光纤激光的功率具有极好的可控性，可以产生一个呈线性比例的推力，就会很精确的调整光船的轨道和姿态，这样光船在保持高速飞行的同时又不会偏离轨道，对于深空探索有着重大意义。
附图说明
图1是光纤激光自推进宇宙光船控制系统框架图
图中所示：1、太阳能帆板；2、激光发射器控制装置；3、特殊工质；4、主控系统；5、监测系统；6、喷发装置。
具体实施方式
(1)地基光纤激光器激光推进技术
①理论研究并软件仿真地基光纤激光器光束发射与控制系统，实现大功率光纤激光器功率、输出波形、输出脉冲频率的控制；
②设计地基光纤激光器大气传导光路与跟踪控制系统；
③设计地基光纤激光器光纤引导控制系统；
④设计地基光纤激光器大气传导大气吸气模式激光推进器；
⑤设计地基光纤激光器光纤引导大气吸气模式激光推进器；
⑥设计地基光纤激光器大气传导火箭烧蚀模式激光推进器；
⑦设计地基光纤激光器光纤引导火箭烧蚀模式激光推进器；
⑧理论计算大气传导和光纤引导时大气吸气模式和火箭烧蚀模式下激光推进器的比冲、动量耦合系数等参数；
⑨计算机仿真大气传导和光纤引导时大气吸气模式和火箭烧蚀模式下激光推进试验；
⑩地基光纤激光器激光推进技术应用研究。
(2)天基光纤激光器激光推进技术
①理论研究天基光纤激光器平台与激光发射与控制系统；
②设计天基光纤激光器光路与跟踪控制系统；
③设计天基光纤激光器光纤引导控制系统；
④设计天基光纤激光器激光推进火箭烧蚀推进器；
⑤理论计算天基光纤激光器激光推进火箭烧蚀推进器的比冲、动量耦合系数等参数；
⑥计算机仿真天基光纤激光器激光推进火箭烧蚀推进试验；
⑦天基光纤激光器激光推进技术应用研究。
(3)光船光纤激光器自推进技术
①光纤激光器激光自推进光船设计；
②光纤激光器火箭烧蚀激光自推进推进器设计；
③光纤激光器火箭烧蚀激光自推进激光器能源选择研究；
④光纤激光器火箭烧蚀激光自推进推进器工作物质研究；
⑤光纤激光器火箭烧蚀激光自推进推进器控制系统研究；
⑥光船光纤激光器火箭烧蚀激光自推进计算机仿真试验；
⑦光船光纤激光器自推进技术应用研究。
(4)光纤激光器激光推进器设计对比研究
研究各种模式下光纤激光器激光推进器设计的特点和应用环境，通过对比其推进性能，进一步优化光纤激光器激光推进器设计，使飞行器在同样功率激光束的作用下，产生尽可能高的比冲和动量耦合系数。探索飞行器降温和推进器耐高温问题解决方法，研究大气层外激光器能量和推进剂供应问题。
(5)光纤激光器激光推进过程中大气呼吸模式和火箭烧蚀模式推进技术对比研究
通过计算机仿真和试验，研究和对比光纤激光器激光推进过程中大气呼吸模式和火箭烧蚀模式推进技术的特点，探讨具体的工程应用。