一种利用激光加速核衰变的推进系统及包括该系统的太空飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及航空航天领域，具体地涉及一种利用激光加速核衰变的推进方法和系统。
【背景技术】
[0002]人类的推进技术迄今为止可以将太空飞行器加速到脱离太阳系的第三宇宙速度，目前脱离地球的最快飞行器速度是?16公里/秒，进一步提升面临很大困难。究其原因，是因为推进装置产生的动力很难长久，反冲介质的速度很难超越10倍声速(?3公里每秒钟)，脱离地球引力需要耗费大量的燃料。当前主流的火箭发动机依靠液体或固体燃料的燃烧形成高速射流，产生反冲力。由于有效负载的快速消耗，飞行器加速时间一般在半小时之内。所以，深空探测飞船或探测器一般依靠初始火箭提供的速度摆脱所在星球的重力，然后用飞行器上的有限动力进行姿态和方向微调，在漫长的旅程中以几乎恒定的速度滑向目标。到达目标后，减速、落地、重新起飞等仍然依靠类似火箭喷射的动力。为了最大化有效载荷，必须对资源配重精细规划，以尽可能多地完成预定任务。依靠当前的推力方式，即燃料的化学反应产生推力的方式，太阳系内的太空飞行时间漫长(从地球到火星单程目前需要120-330天，人类最快的飞行器从地球到冥王星需要九年以上)，有效载荷严重受限。对于光年距离的星际航行来讲，目前的太空技术无能为力。
[0003]因此，人类一直在探索能够更长期获得更高速度的推动技术，以缩短太阳系内及星际飞行时间。一些新兴的推进装置包括激光物质升华推进技术，该技术依靠高能激光升华物质产生反推力。另一种方式是将高电压作用于带电粒子，电磁场加速带电粒子产生推力。总之，目前推进技术产生推力的物质速度很难超过30千米每秒，远距离宇航探索要缩短穿越时间，必须有新的技术突破。
[0004]综上所述，本领域急需开发一种新型的可长期对飞行器进行推进且可以极大提高飞行器推进速度的系统和方法。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种新型的可长期对飞行器进行推进且可以极大提高飞行器推进速度的系统和方法。
[0006]本实用新型的第一方面，提供了一种利用激光加速核衰变的推进系统(即用于推进太空飞行器的推进装置)，所述推进装置固定于所述太空飞行器的主体结构上，且所述推进装置包括一个或多个近光速粒子推进单元，所述近光速粒子推进单元包括:推力产生结构、推力承接结构和激光系统，其中，
[0007]所述推力产生结构包括核衰变材料和金属颗粒，其中，所述核衰变材料自然衰变产生近光速粒子，部分所述近光速粒子的动量被直接用作产生推进所述太空飞行器飞行的动力；
[0008]所述推力承接结构与所述太空飞行器的主体结构连接，且所述推力承接结构与所述推力产生结构相邻，用于承接所述近光速粒子产生的动力且将所述动力传递至所述太空飞行器以推进所述太空飞行器飞行；
[0009]所述激光系统产生激光，所述激光加速所述核衰变材料衰变释放近光速粒子。
[0010]在另一优选例中，所述太空飞行器选自下组:卫星、宇宙飞船、星际探测器。
[0011 ] 在另一优选例中，所述太空飞行器包括飞行器主体结构和所述推进装置。
[0012]在另一优选例中，所述太空飞行器还包括电力系统、主控系统和光学系统。
[0013]在另一优选例中，所述激光系统产生的激光经所述光学系统调制后再透过所述推力承接结构。
[0014]在另一优选例中，所述太空飞行器还包括对接单元，用于对接飞行器主体结构和所述推进装置。
[0015]在另一优选例中，所述近光速粒子推进单元位于所述太空飞行器的外侧且对称分布。
[0016]在另一优选例中，所述近光速粒子推进单元位于所述太空飞行器主体结构的后部、尾部、两侧、或其组合。
[0017]在另一优选例中，所述多个近光速粒子推进单元连接形成推力帆结构。
[0018]在另一优选例中，所述推力帆结构优选为网格状结构。
[0019]在另一优选例中，所述核衰变材料自然衰变产生的近光速粒子包括向背离所述推力承接结构方向的(即后行的)近光速粒子P’和向所述推力承接结构方向的(即前行的)近光速粒子P，其中，部分所述近光速粒子P’的动量被直接用作产生推进所述太空飞行器飞行的动力。
[0020]在另一优选例中，部分所述近光速粒子P的动量被直接用作产生推进所述太空飞行器飞行的动力。
[0021]在另一优选例中，所述推力产生结构的厚度为0.01-100000 μπι，较佳地为
0.1-10000 μ m，更佳地为 1-1000 μ m，最佳地为 3-500 μ m。
[0022]在另一优选例中，所述推力产生结构的厚度为4-100 μ m，较佳地为4-50 μ m，更佳地为4-30 μ m，更佳地为4-15 μ m，最佳地为4-10 μ m。
[0023]在另一优选例中，所述推力产生结构的形状选自下组:涂层状、薄膜状、网孔状、片材状、线材状、块状、或其组合。
[0024]在另一优选例中，所述推力产生结构中，所述核衰变材料和金属颗粒的重量总含量^ 50wt %，较佳地^ 80wt %，更佳地^ 90wt %，最佳地^ 95wt %。
[0025]在另一优选例中，所述推力产生结构中，所述核衰变材料和所述金属颗粒的质量比为I 一 99:1 一 99，较佳地为5 — 85:15 — 95，更佳地为10 — 70:30 一 90，最佳地为20-60:40-80ο
[0026]在另一优选例中，所述推力产生结构中，所述核衰变材料和所述金属颗粒均匀分布。
[0027]在另一优选例中，所述“均匀分布”指在所述推力产生结构中任意单位面积内的核衰变材料的密度与在整个推力产生结构中核衰变材料的平均密度的比值为0.7-1.3，较佳地为0.8-1.2，更佳地为0.9-1.1 ;和/或
[0028]在所述推力产生结构中任意单位面积内的金属颗粒的密度与在整个推力产生结构中金属颗粒的平均密度的比值为0.7-1.3，较佳地为0.8-1.2，更佳地为0.9-1.1。
[0029]在另一优选例中，所述推力产生结构中所述核衰变材料和所述金属颗粒紧密接触。
[0030]在另一优选例中，组成所述核衰变材料的放射性元素的同位素的半衰期在激光激励下缩短至其自然衰变半衰期的1/105° — 1/10 3O
[0031]在另一优选例中，组成所述核衰变材料的放射性元素的同位素的半衰期在激光激励下缩短至其自然衰变半衰期的1/104° — 1/10 5，较佳地为1/1035 — 1/10 8，更佳地为1/1030— 1/10 1Q，最佳地为 1/1025- 1/10 13O
[0032]在另一优选例中，组成所述核衰变材料的放射性元素的同位素的自然核衰变半衰期彡10年，较佳地多20年，更佳地多30年，最佳地多40年。
[0033]在另一优选例中，组成所述核衰变材料的放射性元素的同位素的自然核衰变半衰期彡50年，较佳地多100年，更佳地多150年，最佳地多300年。
[0034]在另一优选例中，组成所述核衰变材料的放射性元素的同位素的半衰期在激光激励下极大缩短。
[0035]在另一优选例中，组成所述核衰变材料的放射性元素的同位素在激光激励下的核衰变半衰期彡17秒，较佳地彡10 5秒，更佳地彡10 3秒，最佳地彡10秒。
[0036]在另一优选例中，组成所述核衰变材料的放射性元素的同位素在激光激励下的核衰变半衰期< 10 3秒，较佳地< 10 4秒，更佳地< 10 5秒。
[0037]在另一优选例中，所述核衰变材料由选自下组的放射性元素的同位素组成:钚、铀、镭、或其组合。
[0038]在另一优选例中，所述近光速粒子的速度多3 X 14米/秒，较佳地多3 X 10 5米/秒，更佳地彡3 X 16米/秒，最佳地彡3 X 10 7米/秒。
[0039]在另一优选例中，所述近光速粒子的速度大于千分之一倍光速。
[0040]在另一优选例中，所述近光速粒子的速度不超过光速。
[0041]在另一优选例中，所述近光速粒子为有质量粒子，优选地为α粒子、中子、质子、电子、或其组合。
[0042]在另一优选例中，所述金属颗粒的粒径为10 — lOOOOnm。
[0043]在另一优选例中，所述金属颗粒的粒径为10 - 5000nm,较佳地为20 — 3000nm,更佳地为 25 - lOOOnm。
[0044]在另一优选例中，所述金