一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂

本发明涉及一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，属于激光点火及推进领域。

背景技术：

1、激光点火是一种利用激光光束对物质进行点火的技术，它是通过将激光能量聚焦在一个小区域内，使该区域的温度升高到足够高的程度，从而引发点火或燃烧反应。激光点火技术具有高能量密度、高精度和非接触等特点，广泛应用于航空航天、能源、材料加工和军事等领域。对于传统的自持燃烧推进剂，由于撤去能量后推进剂持续燃烧，不利于航天器精确的姿态控制和轨道调整。同时，传统固体推进剂在燃烧过程中会产生大量的废气和有害物质，对环境造成污染。而绿色无污染光控凝胶推进剂在关闭激光能量同时燃烧中止，达到稳定的非自持燃烧，可以实现更加精确的姿态控制和定位，从而提高航天器的导航和定位精度。选取绿色无污染氧化剂，燃烧过程中不会产生大量的固体颗粒和高温气体，对环境造成污染和对人体健康产生危害大大减小。凝胶推进剂同时兼具液体推进工质和固体推进剂的优点：在装载和使用过程中，凝胶推进剂拥有良好的力学性能和抗过载性能。在一定的剪切应力作用下，凝胶推进剂能够转变为流动性良好的液态工质，符合流体运输的条件。具有良好的应用前景。因此绿色无污染光控凝胶推进剂是当前迫切期望的推进剂。目前国内外普遍使用的固体推进剂均具有一定的缺点和局限性，不利于卫星调姿、变轨的应用，因此，需设计一类新型凝胶工质，以满足实际应用中的要求。

技术实现思路

1、本发明的目地在于提供适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂。

2、实现本发明目的提供技术方案为：一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，该推进剂为凝胶，以质量分数计，其原料包括如下组成：氧化剂60％～75％，燃料5％～10％，、吸光剂0.2％～5％、胶凝剂4～5％，溶剂5％～30.8％。

3、进一步的，其原料包括如下组成：氧化剂60％～75％，燃料5％～10％，、吸光剂0.2％～5％、胶凝剂4～5％，溶剂5％～30.8％。

4、进一步的，氧化剂采用绿色环保氧化剂adn。由于adn的燃烧产物主要是氮气、水和一些氧化物，与传统的有毒有害氧化剂相比，adn具有较低的毒性和较高的热稳定性。

5、进一步的，燃料采用1-烯丙基-3-甲基咪唑双氰胺，这种燃料给推进剂的提供更多的气体燃烧产物，提高推进剂的比冲，改善推进剂的燃烧性能和推进性能。

6、进一步的，吸光剂采用红外染料、碳纳米管、石墨烯、mxene的一种或多种，用以确保该凝胶推进剂对于808nm波段的激光具有良好的吸收性能。

7、进一步的，胶凝剂采用聚乙烯醇(pva)1799型。确保凝胶可以成胶，并且在冻融后拥有良好的力学性能和抗过载性能。在一定的剪切应力作用下，凝胶推进剂能够转变为流动性良好的液态工质，符合流体运输的条件。

8、进一步的，溶剂采用水作为溶剂，使得氧化剂、燃料、吸光剂、胶凝剂在加热搅拌过程中均溶解于溶剂中，使得整个体系混合更加均匀，有利于凝胶推进剂稳定点火燃烧。

9、上述凝胶推进剂的制备方法，包括如下步骤：

10、s1.将称量好的氧化剂、燃料、吸光剂加入溶剂中搅拌均匀得到混合溶液；

11、s2.向s1中得到的混合溶液中逐次加入胶凝剂，搅拌均匀；

12、s3.加热并搅拌一段时间，搅拌结束后摇匀并超声震荡去除气泡；

13、s4.将混合溶液倒入玻璃管模具中，放入冰箱中冷冻一段时间，冷冻结束后置于常温下解冻，反复冻融2-3次；

14、s5.将药柱退模后，置于夹具中，用于激光点火。

15、进一步的，加热温度为90℃，搅拌时间为2h，超声震荡时间为30-50min。

16、进一步的，冷冻温度为-7℃，冷冻时间为12h，常温解冻时间3-5h。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、(1)该凝胶推进剂兼具液体推进剂和固体推进剂的优点：在装载和使用过程中，凝胶推进剂拥有良好的力学性能和抗过载性能。在一定的剪切应力作用下，凝胶推进剂能够转变为流动性良好的液态工质，符合流体运输的条件。。

19、(2)该凝胶推进剂成功实现光控，可以实现更加精确的姿态控制和定位，从而提高航天器的导航和定位精度。

20、(3)808nm波段激光吸收性能好，可以有效利用激光能量从而提高能量利用率。

21、(4)该凝胶推进剂选择绿色环保药剂adn作为氧化剂，与传统的有毒有害氧化剂相比，凝胶推进剂不会产生大量的固体颗粒和高温气体，在使用过程中对环境造成污染和对人体健康产生危害大大减小，。

22、(5)经过实验测试，该水凝胶推进工质的808nm波段吸收率为75-90％，密度为0.7～0.8g/cm3，在激光功率为3.8w，光斑直径为6mm，凝胶为直径6mm，长度10mm的圆柱形药条情况下，凝胶推进剂能够成功点火，产生的理论真空比冲根据配方的不同，在228.70s-239.97s范围内。

技术特征：

1.一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，其特征在于：包括如下质量分数的组分，氧化剂60％～75％，燃料5％～10％，、吸光剂0.2％～5％、胶凝剂4～5％，溶剂5％～30.8％。

2.根据权利要求1所述的一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，其特征在于，氧化剂采用绿色环保氧化剂adn。

3.根据权利要求1所述的一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，其特征在于，燃料采用1-烯丙基-3-甲基咪唑双氰胺。

4.根据权利要求1所述的一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，其特征在于，吸光剂采用红外染料、碳纳米管、石墨烯、mxene的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，其特征在于，胶凝剂采用聚乙烯醇pva，1799型。

6.根据权利要求1所述的一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂，其特征在于，溶剂采用水作为溶剂。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂的制备方法，其特征在于：凝胶推进剂的制备方法，以氧化剂采用adn、燃料采用1-烯丙基-3-甲基咪唑双氰胺、吸光剂采用碳纳米管、胶凝剂采用聚乙烯醇pva，1799、溶剂采用水，具体包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂的制备方法，其特征在于：s3中，加热温度为90℃，搅拌时间为2h，超声震荡时间为30-50min。

9.根据权利要求7所述的适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂的制备方法，其特征在于：s4中，冷冻温度为-7℃，冷冻时间为12h，常温解冻时间3-5h。

技术总结
本发明属于激光点火及推进领域，具体涉及一种适合于连续激光的绿色无污染光控凝胶推进剂及其制备方法。本发明制备的光控凝胶推进剂兼具液体推进工质和固体推进工质的优点：在装载和使用过程中，凝胶推进剂拥有良好的力学性能和抗过载性能。在一定的剪切应力作用下，凝胶推进剂能够转变为流动性良好的液态工质，符合流体运输的条件。同时，本发明成功实现光控，可以实现更加精确的姿态控制和定位，从而提高航天器的导航和定位精度。其次，本发明选择绿色环保药剂ADN作为氧化剂，与传统的有毒有害氧化剂相比，凝胶推进剂不会产生大量的固体颗粒和高温气体，在使用过程中对环境造成污染和对人体健康产生危害大大减小，所以具有良好的应用前景。

技术研发人员：吴立志,张景源,潘越,李宇轩,王忺宇,肖湘宏,姚璐
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6