实现激光烧蚀等离子体推进器稠密等离子体羽流膨胀的直接动力学模拟

激光烧蚀等离子体推进器是一种新兴的太空推进概念，为轻量化载荷输送提供了前景。预测这些推进器的寿命与性能取决于对烧蚀等离子体羽流膨胀动力学的全面刻画。尽管最先进的等离子体模拟技术通常基于粒子，但基于网格的直接动力学求解器通过消除统计噪声，在此类瞬态且不均匀的问题中具有优势。将一个包含粒子间碰撞的直接动力学求解器应用于一个在构型与速度空间各一维的羽流膨胀模型问题。刻画了羽流膨胀固有的高度热力学非平衡特征，论证了采用动力学而非混合或流体求解器的必要性。还计算了如动量通量等与推进器相关的度量。观测到羽流动力学在空间上高度不均匀，在膨胀前沿之前的区域中热化时间不足，并确立了在域远端将局部网格分辨率降低至多两个数量级的理论可能性。这些网格点需求通过使用不同膨胀比的非均匀网格得以验证，其中若干网格还在速度空间上进行了粗化。探索了更长的域长度以刻画推进器尺度现象，并模拟了更大的环境压强，作为探测与背景粒子碰撞所致设施效应的测试平台。