Removing orbital debris with lasers

Orbital debris in low Earth orbit (LEO) are now sufficiently dense that the use of LEO space is threatened by runaway collision cascading. A problem predicted more than thirty years ago, the threat from debris larger than about 1 cm demands serious attention. A promising proposed solution uses a high power pulsed laser system on the Earth to make plasma jets on the objects, slowing them slightly, and causing them to re-enter and burn up in the atmosphere. In this paper, we reassess this approach in light of recent advances in low-cost, light-weight modular design for large mirrors, calculations of laser-induced orbit changes and in design of repetitive, multi-kilojoules lasers, that build on inertial fusion research. These advances now suggest that laser orbital debris removal (LODR) is the most cost-effective way to mitigate the debris problem. No other solutions have been proposed that address the whole problem of large and small debris. A LODR system will have multiple uses beyond debris removal. International cooperation will be essential for building and operating such a system.     

旋转激光陀螺惯导系统误差传播特性分析

设计旋转式惯导系统(INS, Inertial Navigation System)最重要的工作是理清旋转调制误差自动补偿机理、掌握补偿前后误差的传播特性,在此基础上设计合理的转位方案,并对其进行仿真和试验验证.结合单轴旋转式惯导系统工作原理和误差传播方程,解释了旋转调制误差自动补偿的机理,利用理论和仿真两种手段分析了单轴旋转惯导系统中惯性元件常值误差、随机误差、标度因数误差和安装误差的传播特性,得到了旋转调制对惯性器件误差的调制效果,验证了单轴正反转停方案的有效性和应用的合理性.研究结果为旋转式激光陀螺(LG, Laser Gyroscope)惯导系统的设计提供了理论参考和设计依据.     

空间碎片现状与清理

分析了空间碎片的严峻现状和空间碎片的10个来源,指出轨道碰撞是产生碎片最多的因素;介绍了空间碎片的观测方法、原理和观测系统的概况,包括正在兴建的观测系统——“空间篱笆”。最后,根据不同轨道高度和空间碎片的数量与大小,提出空间碎片清理原则、要求和9种清理方法。     

激光辐照条件下光电电池温度特性的实验研究

激光输能具有广阔应用前景,而光电电池是激光输能技术中实现光-电转换的核心部件。文章围绕温度对光电电池输出性能的影响,通过建立电池输出性能实验测试系统,研究了一定激光功率密度下砷化镓电池和硅电池在不同温度下的伏安特性,以及开路电压、短路电流、最大输出功率、匹配负载、转换效率、填充因子随电池温度的变化规律,并给出其定量表达式,可为激光输能条件下光电电池的选择以及光电电池温度特性预测提供参考。     

基于星间激光测距的三星时差定位系统标校方法

利用精确的星间激光测距信息,提出了基于星间测距的三星时差定位系统标校方法。该方法消除了副星相对位置系统误差对定位精度的影响,同时提出了副星相对位置系统误差的解析解法,建立了模型误差和对副星相对位置系统误差进行估算的误差的定量关系,并证实了基于星间激光测距的标校方法可以在较大范围内提高定位精度。     

LSDW速度随激光参数和环境气体压强变化规律的实验研究

对LSDW速度随入射激光能量、激光聚焦角度和环境气体压强变化的规律进行了实验研究。研究发现,入射单脉冲激光能量越大,聚焦角度越小,环境气体压强越小,LSDW的传播速度越大。实验测量得到的LS-DW速度随入射激光能量、聚焦角度和环境气体压强的变化规律与一维理论公式中体现的规律完全一致。将相同条件下的实验数据与理论结果进行比较后发现,二者在定性上取得了很好的一致性,但在定量上有所差别,因此需要对现有一维理论公式进行修正,以便更深入地研究LSDW的传播演化规律和特性。     

飞秒激光及光钟

结合飞秒激光超强、超快、超稳、宽频、广谱、相干的特点,介绍了其相应的技术应用情况：应用超快特性的微观物理、生物、化学、信息、通信等;以超强应用为对象的材料加工、制备、电子对撞加速器、受控核聚变等;以超稳特性应用为对象的光频测量、长距离测量、光钟等,并简介了光钟。     

Ti-6Al-4V钛合金激光弯曲成形微观组织研究

以1mm厚Ti-6Al-4V合金薄板为对象,运用光学金相显微镜、电子探针、扫描电子显微镜、氮氢氧联合分析仪、显微维氏硬度计,研究了特定累积线能量下90°弯曲角弯折区显微组织。结果表明,弯折区组织与累积线能量输入有关,当累积线能量在适当范围时,材料堆积增厚,极表层出现轻微复熔铸态组织,上层为板条马氏体α′,中层为针状马氏体α′,底层为长大粗化的(α+β)组织;距表层约0.2mm范围吸收间隙元素强烈致使硬度急剧提高并呈明显梯度;累积线能量输入过大,弯折区出现大面积复熔铸态组织并伴有裂纹产生。     

基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计

基于差频技术的单块飞秒光学频率梳被广泛应用于光频的精密测量领域。通过将飞秒激光的重复频率和载波包络相移同时锁定至原子钟上,可以将飞秒光学频率梳的稳定状态延长至9 h。文中提出了一种基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计,并且针对两种待测光频的不同情况,给出了不同的测量方法。这种设计对将来实现高效率的光频测量具有重要意义。     

利用全光纤Mach-Zehnder干涉仪对二极管激光器瞬态特性进行表征

可调谐二极管激光器在电流调谐过程中的瞬态特性,包括瞬态输出波长和线宽等光学参数,在TDLAS系统中是一个重要的参数需要进行实时准确的测定。而常规的测量方法无法同时满足高精度与高速度的要求,因此,对短光纤延迟差拍法测量TDL的动态特性进行了理论分析和实验研究,搭建测试系统,确定了光纤延迟线长度与调谐率对差拍信号纯度的影响,并分别对DFB型TDL的动态调谐特性进行了实时测量,由差拍信号得到激光器在一个电流调谐周期内对应于不同注入电流的瞬态输出波长及其线宽,即电流调谐瞬态特性。实验结果与由光谱仪测得静态特性比较后发现两者误差在0.003nm范围内,光纤延时自外差法可以对TDL瞬态特性进行快速实时而准确的监测。将其应用于TDLAS系统可提高测量精度,且可以根据监测的瞬态特性最终实现对TDL实时监控与优化。