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设计题闪光灯推进器（第1页）

设计题·闪光灯推进器

【题目背景】

失重图书馆·倒计时舱段。

任务：在零重力丶无推进剂丶无机械臂的条件下，将一枚120g的急救药箱推送5m，精准停靠在舱壁对接口，误差≤2cm。

可用资源：

·季珉的DSLR相机1台（含外置闪光灯丶热靴扩展口）；

·3节18650锂电池（总能量37Wh）；

·铝箔急救毯1张；

·铜导线2m；

·医用胶布丶橡胶止血带若干。

时间限制：25min。

【设计目标】

利用闪光灯瞬时高能脉冲産生光压（radiationpressure）与等离子体反冲，形成“微型光子火箭”，为药箱提供可控Δv。

1.光压公式：P=Ic

I为闪光功率密度，c为光速。

相机闪光灯标称GN60（ISO100，1m），对应瞬时能量120J，闪光时间1ms。

闪光灯灯口直径5cm，出光面积A=π（0.025）≈1.96×10m

峰值功率P_peak=120J1ms=120kW

功率密度I=120kW1.96×10m≈6.1×10W·m

瞬时最大光压P=6.1×103×10≈0.203N·m

2.推力

闪光灯灯口正对药箱侧面，有效作用面积A_eff=4×10m（药箱贴反光板後的受光面积）

瞬时推力F=P×A_eff≈0.203×4×10≈8.12×10N

3.脉冲冲量

闪光时间Δt=1ms

单次冲量J=FΔt≈8.12×10N·s

药箱质量m=0.12kg

单次Δv=Jm≈6.77×10m·s

4.需求Δv

距离s=5m，允许漂移时间30s

平均速度v_avg=530≈0.167m·s

所需总冲量J_total=mv_avg=0.12×0.167≈0.02N·s

闪光次数n=J_totalJ≈246次

5.能量与散热

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