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俄罗斯科学家建议使用自由电子激光为通信卫星充电

来自核物理研究所（INP SB RAS）的俄罗斯科学家提出了一种从根本上对通信卫星进行充电的新方法。INP SB RAS研究实验室负责人Nikolai Vinokurov对记者说，按照任务，将通过强大的自由电子激光将卫星的能量从地球表面传递出去。



7月4日，在新西伯利亚核物理研究所举行了一次关于自由电子激光的同步加速器辐射的科学会议。科学家告诉记者，为什么需要这种激光器，以及，由于这些激光器，未来太空卫星将如何工作。

“我们正在对同步加速器辐射和自由电子激光进行研究，”俄罗斯科学院通讯员，INP SB RAS研究实验室负责人尼古拉·维努库洛夫说。 -核物理研究所使用自由电子激光。实际上有三个，它们都很特别。激光产生不同波长范围的红外辐射。几年来，我们一直与Akademgorodok研究所和俄罗斯其他地方的科学用户合作进行这种辐射。这称为共享中心。今年，我们对我们的新型自由电子激光器（三分之三）进行了或多或少的成功实验。这是我们创造的独特辐射源。没有别的地方了。我们计划改善参数，尽管与世界成就相比，它们已经打破了纪录。因此，我们的用户有进行实验的独特机会。”

新西伯利亚自由电子激光器（FEL）由三个加速器组成，称为脉冲爆发：

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第一阶段是电子能量为12 MeV的单匝加速器-蓄能器。

新西伯利亚FEL 的第一阶段于2002年启动。如今，它已成为世界上最强大的太赫兹辐射源，并且是平均电流最高的加速器-补充器。

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来自电子枪的电子穿过一个“聚束装置”（一个成组的RF谐振器），一个空间隙，两个谐振器，获得2 MeVa能量，主要的加速结构，获得另外的10 MeV，以及一个波荡器，其中一部分电子能量进入辐射。此后，光束在RF腔的减速阶段返回到主要加速结构，能量损失到初始值（大约2 MeV），并被吸收在光束吸收器中。

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第二阶段是电子能量为22 MeV的两回合加速器-蓄能器

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第二阶段的FEL于2009年启动。相干辐射的波长范围为40-80微米，平均功率约为0.5 kW，这是该范围内的世界纪录。 2010年，第二个FEL的排放被输出到现有的用户站。在不久的将来，计划减少辐射功率并优化磁性结构，以减少由于能量扩散而引起的束流损失，这种能量损失是由于与FEL辐射相互作用而出现的。

第二级加速器是世界上第一个带电粒子的两转加速器-蓄能器。该安装使用与第一阶段相同的加速系统。通过打开/关闭旋转磁铁可以选择运行模式。

第三阶段是能量为42 MeV的四匝电子加速器-蓄能器

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，2012年5月22日，在第三阶段获得了第一批电子束回收，这是世界上第一台四速加速器-蓄能器。

2013年，以3.75 MHz的重复频率获得了95％的恢复率和3.2 mA的平均电流。

此刻，该设备继续安装光谐振器以产生辐射并调整电子光学结构的模式。




第三阶段

的振荡器第一阶段位于垂直平面，第二和第三阶段位于水平平面。它们使用由常导谐振器组成的相同加速结构。通过打开或关闭旋转磁铁可以选择运行模式。

迄今为止，已经启动了第一阶段和第二阶段的FEL。第三阶段的LSE正在组装中。

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设备

总览自由电子激光器的工作原理自由电子激光器的工作原理

是基于特殊设备中的相对论辐射的产生-波动器，由交替的交变磁体组成。

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加速器参数

在新西伯利亚FEL的第一级加速器-再充电器上获得的最大平均电流仍是此类机器中的记录。第二阶段和第三阶段-世界上第一台多回转加速器-蓄能器。表中列出了安装参数。



辐射参数

新西伯利亚FEL所获得的平均太赫兹辐射功率在该波长范围内是创纪录的。在西伯利亚同步加速器和太赫兹辐射中心，新西伯利亚，莫斯科和韩国的12个科学组织的20个小组进行了太赫兹辐射工作。辐射参数列于表中。



“对我们来说，创建强大的自由电子激光器是另一个重要的重点。这就是：用于通信的太空卫星的数量正在不断增长。同时，卫星在电源方面有一定的限制。因此，太阳能电池板的功率约为10千瓦。如果卫星是通过辐射（例如红外线）从地球供电的，则可以这样做，以便该卫星可以使用100千瓦的功率。如果我们制造几台自由电子激光器，我们将能够在空间通信的发展上取得新的质的飞跃。强大的自由电子激光器具有实用价值。卫星对太阳能的使用可以与航海能源进行比较。不管帆船有多好，无论航行有多快，轮船还是赢了。怎么了因为发动机是主动的。如果我们能够使用自由电子激光为卫星提供来自地球的能量，我们将拥有全新的机会，就像帆船时代出现轮船一样。 INP SB RAS尼古拉·维努库洛夫（Nikolay Vinokurov）。

引进激光卫星动力技术的整个周期将耗资约10亿卢布。时间会证明，是否会有投资者愿意在一个有前途的项目中投资这么多钱。

网站INP SB RAS
academ.info
TASS


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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395749/

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