一种近光速粒子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核材料自然核衰变所产生的近光速粒子的动量效应推进飞行器和/或调整飞行器方位的方法以及基于该方法设计的
目.0
【背景技术】
[0002]迄今为止，人类的推进技术可以将太空飞行器加速到脱离太阳系的第三宇宙速度，目前最快的飞行器速度是?16千米/秒，进一步提升面临很大困难。究其原因，是因为推进系统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)，脱离地球引力就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，飞行器加速时间有限。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。由于产生动力的有效载荷有限，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，即燃料化学反应产生推力的方式，不仅使得星际飞行时间漫长(从地球到火星单程目前需要120-300天，人类最快的飞行器从地球到冥王星需要十年以上)，而且有效载荷也严重受限。对于光年级星系际航行来讲，目前的太空技术无能为力。
[0003]因此，人类一直在探索能够获得更长期更高速度的推动技术，以缩短太阳系内及星际内飞行时间。一些新兴的推进系统包括激光触发的物质升华推进技术，该技术依靠高能激光升华物质产生反推力，但是激光的能量需要飞行器提供。另一种方式是将高电压作用于介质产生带电粒子，然后依靠电磁场加速带电粒子产生推力。但是，上述推进技术所能产生的推力的物质速度很难超过20千米/秒，其推进系统的长期持续性、稳定性和总体推力均尚难以满足星际飞行中的一系列苛刻要求。
[0004]综上所述，为了缩短远距离宇航探索的穿越时间，本领域迫切需要开发一种可极大提高推进速度且可长期高效推进太空飞行器的新型推进装置和推进方法。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种可极大提高推进速度且可长期高效推进太空飞行器的新型推进装置和推进方法。
[0006]本实用新型的第一方面，提供了一种近光速粒子推进系统(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，并且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:推进结构、能量转化结构和调节结构，其中，
[0007]所述推进结构产生近光速粒子，且所述推进结构所产生的近光速粒子包括向背离所述能量转化结构方向的(即后行的)近光速粒子P’和向所述能量转化结构一侧的(即前行的)近光速粒子P，并且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；
[0008]所述能量转化结构固定于所述太空飞行器，用于吸收所述推进结构所产生的近光速粒子P ；
[0009]所述调节结构用于吸收所述推进结构所产生的近光速粒子P’从而调节所述近光速粒子P’的动量。
[0010]在另一优选例中，所述调节结构用于改变所述推进结构的推进方向，使得所述推进结构产生的所述近光速粒子P’的飞行方向与所述飞行器的方向一致或基本一致，从而调整所述近光速粒子P’产生的推力。
[0011]在另一优选例中，所述调节结构用于调节所述粒子P’的动量。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]在另一优选例中，所述太空飞行器还包括电力系统以及主控系统。
[0015]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。
[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外表面且对称分布。
[0017]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、中部、或其组合
[0018]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。
[0019]在另一优选例中，所述推力帆结构优选为网格状结构。
[0020]在另一优选例中，所述推进结构位于所述能量转化结构的外表面(即面向真空一侧)，且所述推进结构为核衰变材料涂层。
[0021]在另一优选例中，所述核衰变材料涂层的厚度为1-100 μ m，较佳地为3_50 μπι，更佳地为5-30 μ m，最佳地为5-15 μ m。
[0022]在另一优选例中，所述核衰变材料涂层主要由核衰变材料组成，以所述核衰变材料涂层的总重量计，所述核衰变材料的含量为10 - 99wt%,较佳地为30 - 99wt%,更佳地为 50 — 99wt %，最佳地为 60-90wt %。
[0023]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为0.1秒-100年，较佳地为10秒-80年，更佳地30秒-10年，最佳地50秒-1年。
[0024]在另一优选例中，所述核衰变材料的核衰变为自然核衰变。
[0025]在另一优选例中，所述核衰变材料的核衰变为非自然核衰变，优选为激光诱导加速半衰期的核衰变。
[0026]在另一优选例中，所述核衰变材料涂层可释放近光速粒子。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]在另一优选例中，所述近光速粒子的速度不超过光速。
[0030]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。
[0031]在另一优选例中，当需要加速所述飞行器时，所述粒子P’产生的沿所述飞行器前进方向的推进力AF > O。
[0032]在另一优选例中，当需要减速所述飞行器时，所述粒子P’产生的沿所述飞行器前进方向的推进力AF < O。
[0033]在另一优选例中，当不需要调整所述飞行器的速度时，所述粒子P’产生的沿所述飞行器前进方向的推进力AF = O。
[0034]在另一优选例中，所述AF为所述粒子P’对所述太空飞行器产生的推进力的总和。
[0035]在另一优选例中，所述能量转化结构是与所述飞行器主体结构固定连接或活动连接的衰变热电转化-反推承受结构。
[0036]在另一优选例中，当需要减小所述近光速粒子P’的推进力时，所述调节结构吸收部分或全部所述粒子P’的动量，从而减少或消除用于推进所述太空飞行器飞行的推力。
[0037]在另一优选例中，所述调节结构位于所述太空飞行器主体结构上。
[0038]在另一优选例中，所述调节结构的方向和/或位置可根据需要进行调整。
[0039]在另一优选例中，所述调节结构包含可吸收所述粒子P’的材料，优选地所述材料为铝箔。
[0040]在另一优选例中，所述调节结构将所吸收的近光速粒子P’的能量转换为选自下组的能量形式:光能，机械能，内(热)能，电能，核能电磁能、或其组合。
[0041]在另一优选例中，所述推进装置还设有一个或多个电磁约束装置，所述电磁约束装置用于约束所述近光速粒子P’的飞行方向。
[0042]在另一优选例中，每个近光速粒子推进单元设有一个所述的电磁约束装置；或者多个近光速粒子推进单元设有一个共用的所述电磁约束装置；或所有近光速粒子推进单元设有一个共用的所述电磁约束装置。
[0043]在另一优选例中，所述