北京卫星环境工程研究所与天津大学联合承办全国首届“空间碎片探测与清除技术研讨会”

为有效应对空间碎片问题，加强空间碎片探测与清除技术研究，全国首届“空间碎片探测与清除技术研讨会”于3月4日至5日在天津大学召开。来自国家国防科工局、总参谋部、总装备部、中国科学院、中国运载火箭技术研究院和中国空间技术研究院，以及清华大学、天津大学、     

空间碎片环境的现状,未来及防护

在调研国外碎片研究活动基础上,分析了空间碎片的类型、增长及空间分布规律,根据气体动力学理论,估算了航天器与轨道碎片的碰撞几率和碰撞速度,介绍了NASA的“PIB”近地轨道空间碎片环境予示模型,关于空间碎片问题的对策,综述了国际上已采用的一些予防措施,清除空间碎片的各种技术方案正在深入研究之中,该文只作了一般概念性介绍。     

天基激光清除空间碎片方案与可行性研究

介绍了激光烧蚀驱动机理和空间碎片降轨清除原理,通过分析计算确立了空间碎片降轨清除判据和2 种降轨清除模式。理论计算给出了清除1200、800 和500 km 三个典型低地球轨道上空间碎片所必须的速度增量、激光器功率、单脉冲能量、激光发射镜直径等主要参数值。对比分析显示现有的硬件指标和条件能够满足清除低地球轨道上空间碎片的设计要求,因此,天基激光清除空间碎片方案从技术角度是可行的。     

空间碎片环境现状与主动移除技术

概述了空间碎片环境现状和对航天活动的影响,讨论了空间碎片主动移除对保持空间碎片环境稳定的必要性。空间碎片研究重心先从防护转向减缓,再转到主动移除,最终是清洁空间。评述了空间碎片主动移除技术现状,指出天基激光主动移除空间碎片技术具有很好的工程应用潜力。     

空间碎片的缓减

随着空间资源开发的逐渐深化和空间应用的日益扩大,特别是小卫星和卫星星座的出现和发展,进入外层空间的航天器的数量势必有增无减。轨道上的航天器数量越多,生成的空间碎片也越多,这是必然的。要使空间碎片的积余总数下降,最终清除已积存的空间碎片,不仅近期内做不到,长远看也难以实现。所以,对空间碎片的治理主要应采取“保守疗法”,即使空间碎片总数的增加速度缓减,逐步达到不增加或下降。     

国外与空间碎片有关的国际空间法热点问题研究述评

与空间碎片有关的国际空间法研究主要包括对空间碎片的定义、空间环境保护制度、空间物体的登记制度及空间损害赔偿责任制度等问题的研究。联合国和平利用外层空间委员会法律小组经过多年的研究和讨论,对于“空间物体”与“空间碎片”的定义及其关系问题的研究基本上获得了国际社会的普遍认可,     

我国有望实现空间碎片清理

近期,中国运载火箭技术研究院研发中心致力于“空间碎片清理技术”的研究,将推动我国实现“空间碎片”的清理。目前,研发中心利用“机械臂”和“视觉导航系统”进行了仿真试验验证,可以实现模拟空间碎片的探测识别和捕获,后续还将进行演示验证试验。     

单次任务中主动清除多块碎片的仿真分析

针对国内外空间活动产生的碎片,文章采用多脉冲推力作用下的轨道机动仿真方法,在主要考虑总速度增量为2 km/s的约束条件下,计算碎片清除所需要的速度增量、任务时间以及清除个数。仿真结果表明,单次任务可以清除12块分布比较集中的碎片。研究结果可为我国今后空间碎片清扫任务的设计提供参考依据。     

空间模拟碎片释放装置技术方案

为配合空间碎片主动清除技术的演示验证试验,提出了一种空间模拟碎片释放装置的技术方案:由模拟碎片及分离解锁装置组成。模拟碎片不具备任何合作特征,最初通过压紧杆与分离解锁装置相连,释放时由火工切割器切断压紧杆,模拟碎片在压缩弹簧的驱动下与分离解锁装置分离。最后,通过静载、模态、运动特性分析及分离解锁试验验证了该释放装置设计的正确性。     

空间抓捕系统绳网的设计与研制

概述了空间碎片主动清除方式——空间绳网抓捕的优点,梳理了研制空间绳网要解决的难题,结合工程样机研制,介绍了针对捕获目标直径20 m的特大型绳网的结构设计、材料选择、加工方式以及折叠包装研究情况,确定了较优构型绳网-正六边形网型正四边形网目,选取了合适的绳网材料,解决了超细绳网状结构编织问题和可控折叠包装问题;对绳网的拉出展开过程进行了仿真分析,开展了地面抓捕试验验证,绳网均有序拉出展开捕获目标,通过仿真分析及实物试验对比,特大型绳网的设计、折叠包装方式、拉出展开得到了验证;总结了特大型绳网研究成果和后续改进方向,为工程应用奠定了基础,可为空间碎片柔性捕获清除的研究提供参考和借鉴。     

美国将发射第一艘空间拖船

美国NASA计划建立一支“空间拖船队”.这种正式命名为轨道机动飞行器的拖船将用于处理空间的各种零星事务,包括清除空间的碎片、将卫星从某一轨道推到另一轨道,等等.第一艘空间拖船将由TRW公司设计和制造,预定在1991年发射,成本约2亿美元.     

利用等离子体加速器发射超高速 微小空间碎片的研究

文章介绍了国内外微小空间碎片超高速撞击地面模拟实验研究的现状,描述了国内等离子体微小空间碎片加速器的研制进展和初步实验结果,分析了该加速器在空间碎片防护研究工作中的应用。在初步调试阶段,在系统设计满负荷储能6%和35%的条件下,分别将100 ?m和200 ?m的玻璃微粒加速至5.5 km/s和9.3 km/s。利用该加速器可以模拟研究10～1 000 ?m的微小空间碎片对卫星功能材料的撞击损伤特性,可以加速模拟研究卫星关键部件或分系统在大量微小空间碎片撞击下的失效机理和失效模式,为卫星防护微小空间碎片的设计提供技术支持。该加速器还能为国内发展星载空间微小碎片探测仪器的设计和标定提供模拟实验条件。     

空间碎片国际机制发展趋势分析

文章通过对空间碎片国际机制(多边谈判机制)的分析,指出其发展趋势,从而为中国参加相关谈判工作提供参考。空间碎片国际机制的发展已呈现出明显的政策化、法律化和制度化的趋势。无论是从外空利益争夺、外空战略实现,还是从中国航天事业可持续发展、中国航天立法体系完善的角度来讲,积极参加空间碎片技术合作与规则制定的国际谈判都具有重要意义。从国内建设上来看,中国应尽快制定“技术—政策(战略)—法律”三位一体的解决思路和具体方案;从国际层面看,可以借鉴美国一直坚持和贯彻的“技术—政策—国内规则—国际软法—国际法”外空策略,来开展空间碎片减缓和清除等方面的技术与规则制定的合作。     

天基轻气炮发射清除低轨碎片方案及关键技术分析

文章分析了现有的空间碎片清除方式,并以800~1200 km低地球轨道高度上1~10 cm量级的空间碎片为清除目标,提出了天基轻气炮清除碎片的新方法。首先分析了轻气炮有效载荷在典型参数下的弹丸加速能力;之后根据将碎片降轨使其坠入大气层烧毁的设想,提出天基轻气炮共面清除碎片的方式,并选择轨道高度800 km的圆轨道作为碎片运行轨道进行可行性分析。计算表明,对半径10 cm、厚度1 cm的铝合金圆板碎片(质量211.95 g),使用初速1 km/s、重10 g的黏性弹丸可按任务方案达到清除效果。此外,计算出该参数弹丸对轨道高度800~1200 km的圆轨道上可清除的最大碎片质量为500~825 g,证明轻气炮弹丸对1~10 cm的碎片具有较强的清除能力。最后,分析了以轻气炮为有效载荷的航天器在完成清除碎片任务时的关键技术。     

大型空间碎片机械冲击消旋位姿计算方法研究

研究了机械冲击消旋的作用机理,针对大型空间碎片的消旋问题,提出了机械冲击消旋位姿的计算方法。在空间碎片运动状态已知的情况下,基于矢量合成方法在空间碎片表面上搜寻合适的冲击位置。建立空间碎片机械冲击主动消旋的运动学模型,计算空间碎片不同位姿状态的冲击位姿,并分析冲击后的角动量变化规律。结果表明,在冲击点满足形成力偶矩的条件下,多点机械冲击可有效减小空间碎片的角动量。研究成果对于发展机械冲击主动消旋方法,提高大型空间碎片捕获效率具有重要意义。     

空间碎片移除的法律规制探讨

目前,外太空正在变得越来越拥挤,空间碎片的"凯斯勒效应"给未来空间事业带来的损害可能是毁灭性的.近年来,世界许多航天大国致力于空间碎片移除技术的研究,并逐步由理论研究走向工程实践. 空间碎片移除已经受到越来越多航天国家的重视,也是各个国家义不容辞的责任.但是空间碎片移除涉及诸多法律问题,尤其是国际法问题.目前尚无专门针...     

电动力系绳离轨系统关键技术简析

空间碎片引起的恶劣空间环境迫使人们研究低成本、高效率的离轨技术。文章对低地球轨道空间碎片清除技术之一——电动力系绳离轨技术的研究进行综述,首先介绍电动力系绳离轨系统的国内外研究现状,然后描述系统的动力学与控制的研究内容,预测系统离轨时间,详述系统离轨装置设计内容,最后对电动力系绳离轨系统未来的发展以及重点、难点做出展望。     

空间碎片减缓措施及其研究对策

为了合理利用和保护有限的太空资源,必须减少或清除太空垃圾。在人类尚无有效回收手段的情况下,考虑利用现有的技术提出一些空间碎片的减缓措施,并在此基础上提出我国对空间碎片减缓应采取的对策。     

空间碎片防护研究现状与国内发展建议

文章回顾了近期国外空间碎片防护领域的研究现状和热点问题;介绍了“十一五”期间国内空间碎片防护研究的若干进展;立足我国研究现状,通过对国内航天器防护工程需求分析,提出了未来我国空间碎片防护领域研究发展建议。     

我国空间碎片研究的进展情况与后续工作考虑

一、背景情况空间碎片是人类有意或无意丢弃在太空中的废弃物,是空间环境的主要污染源。由于空间碎片滞空时间相当漫长,碎片之间相互碰撞或爆炸又会产生新的、体积更小的空间碎片,从而加大了对空间飞行器特别是载人航天的潜在危害。因此,西方航天大国及俄罗斯等国家十分重视空间碎片研究。1993年,美国、俄罗斯、日本和欧空局发起成立了机构间空间碎片协调委员会(IADC)这一国际组织,以加强各成员机构间的交流,协调行动,控制空间碎片的产生,保护空间环境。二、参加机构间空间碎片协调委员会1995年6月,经国务院批准,我国以国家航天局的名义加…