恒星际航行是未来人类需要面对的发展瓶颈，如果我们能够实现恒星际航行，就能够实现太阳系之外的殖民。

新的构想

不过恒星际航行需要先进的动力系统，来自加州大学圣塔芭芭拉分校物理学教授菲利普-鲁宾构想了一种定向能推进系统，利用激光驱动航天器，前往距离太阳系最近的半人马座阿尔法星。定向能驱动的速度还挺快，20年之内就能够抵达。

激光定向能推进技术的示意图，高功能激光可在短时间内加速星际飞船

利用激光作为航天器动力的想法已经获得美国宇航局项目资助

这是一个潜在的由科幻小 说变成现实的科学技术。美国宇航局前不久确定了15个先进创新概念技术，旨在让科幻变成现实，激光定向能驱动就是其中一例。菲利普-鲁宾认为人类所面临的重大挑战就是研发出先进的动力系统，来推动我们的探测器，这是进行星际航行的重要一步。

加州大学圣塔芭芭拉分校物理学教授菲利普-鲁宾构想的方案，最大速度可达到0.2倍光速：利用激光驱动航天器，前往距离太阳系最近的半人马座阿尔法星只要20年。

目前所用的粒子推进器

当然菲利普-鲁宾设想的定向能推进系统需要极低的出发质量，也就是说该技术适合用于微型航天器，这样激光定向能才能发挥出作用。 加州大学之所以构想出利用激光定向能推进的航天器，主要原因在于前往邻近的恒星系统可能不需要庞大的宇宙飞船，微型探测器更适合深空任务，而且能够在20 年内抵达半人马座阿尔法星。

激光光子驱动技术产生的速度远远超过目前可以实现的动力形式，甚至能够接近相对论速度。激光光子驱动还能够用于火星旅行，我们能够在短时间内抵达火星。 在去年春天于意大利举行的行星防御会议上，加州大学圣巴巴拉分校展示了定向能摧毁小行星的技术，能够适用于各种直径的来袭小行星。

激光推进技术回顾

随着激光技术的发展，大功率激光器技术日益成熟，使得激光推进技术在航天运载发射、卫星与飞行器空间机动等方面有着广阔的应用前景，可广泛用于微小卫星近地轨道发射、地球轨道碎片清除、微小卫星姿态和轨道控制、飞行器姿态调整、飞行器轨道机动以及近地轨道发射乃至深空飞行任务等领域。激光推进技术应用景广阔，是国内外新型高效航空航天推进技术研究的前沿和热点。

当前，激光推进器的研究尚属于概念研究阶段。广泛利用TEA脉冲CO2激光器地基发射进行激光推进技术研究，由于受到推进激光功率较低，地基激光器设备庞大，远距离激光引导定向困难，光船设计需要耐超高温材料等问题，使得激光推进技术距离工程应用尚有时日。TEA脉冲CO2激光器应用于激光推进技术时， 其光束质量较差、远场发散角较大，电光转换效率低下、发热量较大，激光器体积相对庞大等缺点日益暴露。需要探索新型激光器用于激光推进技术研究。

应用高功率光纤激光器，研究地基光纤激光器光纤引导激光推进、天基光纤激光器激光推进和将光纤激光器设计于光船之上的激光自推进技术，可以为激光推进技术研究开辟新的研究方向，对于推动当前激光推进技术研究具有重要意义。

在外太空利用太阳能给光纤激光器提供能量，激光推进将是卫星姿态调整、同步运行和清除空间垃圾的最经济最有效的推进方式。在深太空探测中，利用船载光纤激光器激光推进技术，能够摆脱地基激光提供推进能量的束缚，实现更灵活推进方式，利于向更深的太空探测，对于宇宙探索具有重要意义。

美国

早在1953年，空间技术的先驱者德国科学家E. Saenger 就预言了使用光辐射进行空间推进的可能性。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，相关研究成果于1972 年6 月发表。几乎与此同时，美国Avco Everett实验室的A. Kantrowitz 在Astronautics &Aeronautics杂志上发表了名为“Propulsion to Orbit by Ground-Based Lasers”的论文。他认为，利用地基激光器发出的激光束轰击化学惰性推进剂能够提供一种可以克服化学推进系统低比冲限制的新型推进方式。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。学术研究以此为激光推进概念正式提出。

2000年10月，美国伦斯勒理工学院在空军的资助下，Myrabo等研究人员利用激光推进技术发射了重50g、直径为120mm 的微型火箭，实现了持续飞行12.7s，飞行高度71m的纪录。

美国现正设计可以把飞行器发射到30km 以上高度的100kw氧化碳脉冲激光器，下一步将用更大的系统把飞行器发射到大气层边缘。估计送1Kg载荷入轨需要约 1MW功率的激光器，目前可达到的最大激光功率是几兆瓦。

中国、俄罗斯、法国、日本等国家也在这一领域进行了许多研究。

20 世纪60 年代初期， 俄罗斯研究人员对激光辐照导致材料蒸发产生的压力进行了研究，并于20 世纪60 年代中期开展了激光击穿和加热气体的理论研究。20 世纪70 年代，在俄罗斯科学院院士A.M.Prokhorov 的领导下，开展了激光大气呼吸推进器的研究。他们使用平均功率25W、最大单脉冲能量15J 的CO2激光器推进圆锥形的推进器沿着玻璃管运动，获得了50dyne/W 的冲量耦合系数。

法国采用氩-氧气压，加热室压力5.3*105Pa，激光器功率300W，获得0.1N的连续推力，比冲137s，发动机效率为18%。如果采用氢气，还可以提高发动机的比冲。

日本较早进行了激光推进的研究，目前已有三所大学在研究激光推进器。据报道，日本在1996年首次将空间自由飞行器（SFU）成功回收后，要在第二次飞行中完成激光在空间产生的能量的传输和激光产生的能量作为推动器推力实验，获得用激光能量进行空间推进的各种性能参数，以便推动实际应用。2002年日本 研究人员报道了用连续 CO2激光实现推进的实验结果，在真空中测得的能量转换效率达到37%。同时，还报道了用于推进的激光等离子加速机理的研究。

我国从九十年代开始激光推进技术研究，起步较晚。华中科技大学许得胜教授，中科院物理所张杰教授，哈尔滨工业大学王骐教授，中科院电子所柯常军教授、傅恩生 教授等，分别对激光推进原理及应用进行了基础研究。中国工程物理研究孙承纬较详细地研究了大气吸气模式下空气等离子体点爆炸驱动原理。2000年以来，装 备指挥技术学院洪延姬教授，华中科技大学、中国科技大学等单位开展了激光推进的理论，进行了相关的实验研究，在激光推进机理研究、激光维持爆轰波传 播过程的流体动力学数值模拟、激光束经光船内表面的聚焦性能研究、光船设计和加工、光船以吸气模式进行推进的实验方案设计取得了阶段性成果。

2001年，中国科技大学唐志平教授等研究人员应用单次脉冲激光烧蚀模式实现把一个重5.87g的模拟子弹发射到 1.48m的高度。

2003年，中国科学院电子学研究所与中国科技大学联合进行了TEA CO2脉冲激光器推进抛物面型飞行器的实验，实现了大气模式下的激光推进，垂直飞行高度超过了1m，实验测得的冲量耦合系数达到27.7 dyne·s/J。。

2004 年，我国正式立项（国家973 项目和国家自然科学基金项目）支持激光推进的研究，使我国的激光推进研究进入了新阶段。

2005 年，中国科学院电子所通过给飞行器施加一定转速的方法， 解决了自由飞行状态下激光推进飞行器飞行的稳定性问题， 并且成功地将一个质量为4.2 g、焦距10 mm 的抛物面型飞行器用单脉冲能量13J、重复频率50 Hz 的TEA CO2激光器在大气呼吸模式下推进到2.6m 的高度，飞行时间为1.75 s。

2012年12月7日，我国首个激光推进及其应用国家重点实验室由科技部批准成立。实验室的依托单位为解放军装备学院和中国航天科工集团三院三十一研究所。是我国首个激光与航空航天交叉领域的实验室，主要开展 激光推进应用基础、等离子体流动控制与推进技术、推进流场测试和诊断技术等方面的研究。为我国空天飞行推进新技术创新发展提供重要保障。

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