New-Tech Magazine | May 2018 | Special Edition - New-Tech 2018 Exhibition

מערכת קואורדינטות לחישוב מסלול .4 איור

תהליך ההעברה של חלקיק פסולת. .3 איור

«

«

הסרת הפסולת.

, כאשר משמעות הדבר הינה 1 kJ הלייזר הינה בכך שתדרי לייזר חוזרים שונים מתאימים לעוצמות לייזר שונות. ככל שעוצמת הלייזר גבוהה יותר, כך אפקט של ההשמדה גבוה יותר. עם זאת, עוצמת לייזר גבוהה תהיה מאתגרת מבחינה טכנית: בגלל בעיות של פיזור חום ומחיר גבוהים יותר ואורך החיים של הלייזר נמוכים יותר. לכן, הבחירה של תדר לייזר מתאים היא בעלת חשיבות גדולה למשימות ההשמדה. נניח כי מערכת הלייזר נעה במסלול מעגלי ק"מ. חלקיק ההריסות נע בתחילה 550 של ק"מ. הם נעים באותו 500 במסלול מעגלי של כיוון ובאותו מסלול. מערכת הלייזר תקרין את פסולת היעד, כאשר המרחק ביניהם הוא ק"מ, והמערכת תפסיק לירות, 100- פחות מ אם גובה פריגיאון של פסולת לא יקטן לאחר הקרנה של פולס הלייזר הבא. 10 עבור חלקיק פסולת אלומיניום בקוטר 70 ס"מ למשל, המסה של החלקיק תהיה , ניתן להניח כי אנרגיית פולס 2 גרם, לפי איור .1 kJ הלייזר תהיה מפורטים שלושה פרויקטים שונים 1 בטבלה של תדרי לייזר חוזרים, כאשר ההשוואה ביניהם התבצעה לפי זמן השמדת הפסולת. אפקט ההשמדה של שלושת פרויקטים מוצג הינה זמן ההשמדה, X . הקואורדינטה 5 באיור ) של הפסולת H _ p כאשר הינה הפריגיאון ( במהלך תהליך ההשמדה. ניתן לראות באיור כי ככל שתדר הלייזר החוזר גבוה יותר, כך זמן החיסול קצר יותר. שניות כדי לחסל חלקיק יעד 1000- ז"א ייקח כ , וזה מצריך פחות 1 Hz עבור תדר לייזר של שניות כדי לחסל את החלקיק עבור תדר 10- מ . אבל אם מערכת הלייזר 100 Hz לייזר של וחלקיק הפסולת נעים באותו כיוון, מערכת

. המסלול H T שמעליהם בגובה המסלול של , וגובה המסלול a הראשוני של הפסולת הוא . H a של הפסולת הוא מוצג תהליך ההעברה של חלקיק 3 באיור .-3 ו 2 ,1 הפסולת , כאשר נקודות ההעברה הן לאחר השידור b הפסולת משודרת למסלול הראשון. המהירות ההתחלתית לפני השידור . תוספת המהירות של הפסולת לאחר v a1 היא . עבור אפקט סחיפת לייזר, Δ v כל העברה היא המסה של חלקיקי הפסולת יורדת באופן גדל באופן ליניארי גם כן. Δ v ליניארי ו- סימולציה של מעבר מסלול של חלקיקי הפסולת מגיעה לחישוב במערכת קואורדינטות תלת-מימדית. מערכת הלייזר , ומרכז המסלול חופף XY נעה במישור לראשית הקואורדינטות. , α 1 הינה X נניח כי הזווית בין הלייזר לבין ציר , כפי θ 1 הינה X בעוד והזווית בין הפסולת וציר . הלייזר והפסולת נעים שניהם 4 שמוצג באיור בכיוון השעון. הפסולת מאותרת במיקום ) והלייזר r 1 cosθ 1 , r 1 sinθ 1 · cosτ 0 , r 1 sinθ 1 · sinτ 0 ( ). מעבר r T cosα 1 , r T sinα 1 ,0( מאותר במיקום המסלול של חלקיקי הפסולת ניתן לחישוב במערכת קואורדינטות זו באמצעות משוואות דינמיקה. תוצאות אופייניות משתנים של מערכת לייזר, כמו תדר לייזר חוזר, ומשתנים מסלוליים של הפסולת עשויים להשפיע על זמן ההשמדה. זמן ההשמדה הכולל יכול לבוא לידי ביטוי באמצעות המודל שהוזכר לעיל. תדר לייזר חוזר תדר לייזר חוזר הוא פרמטר חשוב של מערכות לייזר המבוססות בחלל. נניח כי אנרגיית פולס

) μ עם זאת, קיים צורך בשיעורי סחיפה ( הכוללים בספרות. שיעורי הסחיפה סה"כ הם הסכום הישיר של החומרים המתאדים והמיוננים, כמו גם חתיכות מקוטעות מלחץ תרמי בחומרים שבירים או מפליטה נוזלית על ידי דופק הלחץ. למעשה, אם אין צורך בסחיפת חומר מדויקת, כמו במקרה של לייזר תעשייתי לעיבוד חומרים, נוזל שנמלט עשוי להוות את החלק הגדול ביותר בתהליך הסחיפה. פליטה של נוזלים מתרחשת במיוחד עבור אלומיניום, ועל פעימות לייזר עם אורכי זמן מן עשרות ננו-שניות עד מיקרו-שניות. ידיעת שיעור הסחיפה חשובה לפעולת הפולס , C m החוזר, כי עבור מקדם צימוד קבוע, המהירות המושגת עולה עם צמצום המסה. של פולס לייזר, עליית i עבור אינדקס המהירות ניתן לחשב לפי הנוסחא: )3( היא המסה m i שבו הינה אנרגיית פולס E לאחר הקרנה בלייזר, ו- הלייזר. ניתן להניחשיעורסחיפהכולל עבור אלומיניום, כאשר שיעור סחיפה נמוך יותר מעכב את ההישג של מהירות העברה סופית. מסיבה זו בוצעו חישובים אלטרנטיביים עבור פחמן כחומר המטרה, . באמצעות היא המסה הראשונית, m 0 כאשר: )4(

מודל העברה של מסלול הריסות הפסולת

ניתן להניח כי חלקיקי פסולת ותחנות לייזר נעים במסלולים מעגליים, כאשר היעד של חלקיקי הפסולת הינה בדיוק תחנת הלייזר

New-Tech Magazine l 102