履行航天大国的国际责任 实现空间活动的持续发展——中国开展空间碎片研究进展扫描

目前,人类已将6000多颗航天器送入太空,这些航天器在广泛服务社会的同时,在航天器发射和"寿终正寝"后将变成空间碎片(太空垃圾),这些太空幽灵正在威胁着在轨运行航天器的安全。十多年来,如何清除太空垃圾,如何减缓太空垃圾的威胁,一直是国际社会广泛关注的问题。"十五"以来,中国政府在发展航天技术的同时,高度重视"太空环保"问题,许多中国航天工作者在为减缓和对付太空垃圾而孜孜不倦地工作,中国在空间碎片科学研究和     

空间碎片减缓的“国际机制”概述

正空间碎片是人类探索和利用空间所产生的废弃物,随着世界航天发射活动的日益增多,空间碎片总数也与日俱增。数量庞大的空间碎片对航天器的在轨安全运行,以及人类的空间资源开发活动构成了极大的威胁。国际社会越来越认识到空间碎片的严重问题,并且达成了共识—空间碎片减缓必须由所有国家(机构)共同努力才能完成,由此形成国际机制,编制了一系列关于空间碎片减缓的纲领性指导文件,旨在维护所有国家的共同利益,最大限度地减少和避免空间碎片的危害。     

中国三管齐下应对空间碎片

作为一个负责任的航天大国,中国高度重视"太空环保",目前已逐渐形成监测预警、航天器防护和空间环境保护三大工程体系应对空间碎片问题,有效减缓了空间碎片的产生,得到国际社会好评。空间碎片是指人类在航天活动中产生的太空废弃物,也称"太空垃圾"。     

我国成立“国家队”监测“空间碎片”

人类在保护地球环境的同时,又如何保护太空家园?随着空间技术的进步,人类进入和利用太空的活动不断加强的同时,也产生了越来越多的空间碎片,这些"空间垃圾"已经严重威胁着航天器的安全。本刊特编撰"清洁太空"专题,介绍世界各国的对策。     

轨道碎片现状及清除措施研究

正随着人类太空探索活动不断增加,轨道碎片呈指数级增长,直接影响人类在外层空间的活动,对航天器发射和应用、空间站在轨运营,以及航天员的生命造成严重威胁,轨道碎片已经成为各国商业和科学以及利益相关者关注的全球性问题。分析轨道碎片的现状及形成原因,以及不同大小碎片对航天任务的影响,梳理国际上为减少并制止轨道碎片增长所采取的重要对策,对未来太空可持续发展具有重要意义。     

天基激光清除空间碎片方案设想

随着空间碎片数量的不断增长,对人类航天事业的发展构成巨大威胁,清除空间碎片已经迫在眉睫。使用激光清除太空垃圾是一种低成本、高效、安全的清除技术。本文介绍了空间碎片的现状和现有清除方法,针对地基清除空间碎片技术存在的局限性,提出了一种天基激光清除空间碎片方案设想。     

空间碎片移除势在必行

正国际空间碎片研究之父、美国宇航局空间碎片计划首任首席科学家凯斯勒曾于1978年提出"凯斯勒灾难"的概念。他指出,当近地轨道上的卫星碎片等太空垃圾多到一定程度,人造卫星和航天器会时常遭到撞击,由此滚雪球般产生更多碎片,最终将迫使人类不得不放弃继续发射卫星到这一区域。据专家估算,地球周边的太空中直径大于10厘米的碎片已经超过2.3万个。人类已处于"凯斯勒灾难"的边缘,清理太空垃圾刻不容缓。     

斯皮策——探测深空的红外之眼

正斯皮策太空望远镜作为NASA的四大空间望远镜之一,于2003年8月25日发射升空,以观测天体红外波段的方式研究充满无限未知的宇宙,是人类送入太空的最大的红外望远镜。2020年1月30日,斯皮策太空望远镜正式"退役"。它在太空中工作的16年间,拍摄了大量惊为天人的图像,揭示了红外宇宙的美丽景象。斯皮策的命名,是为了纪念天体物理学家莱曼·斯皮策。他在20世纪60年代首先提出把望远镜放入太空以消除地球大气层遮蔽效应的建议,曾直接造就了"哈勃"太空望远镜的诞生。     

空间碎片天基主动清除技术相关法律、政治及经济问题分析

近年来，人们越来越认识到空间碎片问题的严重性，特别是在低地球轨道，不能对其置之不理或者仅采取简单的减缓手段。对空间环境演化预测的研究表明，目前的减缓措施并不能够充分保证人类在空间的安全出入以及对近地轨道环境的长期使用。如果希望可持续地开展空间活动，就需要考虑空间碎片天基主动清除技术（ADR）。该技术目前尚未实施。其中不仅有技术可行性的原因，还涉及法律、政治及经济等问题。另外，在当前有限的资金形势下，空间碎片天基主动清除技术的成本问题也无法忽视。     

空间碎片偏振光谱成像探测技术研究

随着太空探索活动的逐年增多,人类对空间碎片的探测显得越发重要。文章首先介绍了探测空间碎片的意义及其常规的光电探测方法,并分析了探测空间碎片的主要难点;在此基础上,结合空间碎片的具体特征,提出一种对空间碎片进行探测与识别的新方法,即将成像、光谱、偏振三个光学基本量同时使用,通过多元特征融合等识别技术,实现对空间暗、弱、小碎片的高效探测,并对新方法中的关键技术进行了分解和可行性分析。     

基于解体事件的空间碎片轨道演化算法研究

针对航天器解体事件所生成的空间碎片的演化过程,进行了数学分析,确定了新生成的空间碎片的速度增量,在该增量作用下碎片轨道会发生变更,本文根据该增量得出了空间碎片在轨道变更后的轨道根数,分析了在大气阻力摄动作用下,空间碎片的数目和轨道分布的演化情况,给出了相关结果,结果表明此算法可行。     

返回技术和返回式航天器的发展

按现已发射的航天器统计,返回式航天器占1/3强。它们在开发利用空间资源方面起着先锋和带头的作用,为促进载人航天和促进人类的进步作出重大贡献。文章分析了返回技术和返回式航天器发展的三个阶段:初期发展阶段、深入应用阶段、无损和定点返回阶段。并指出,今后相当的一段时期内无损定点着陆返回将会成为主要的发展途径。     

空间碎片碰撞预警研究

介绍了空间碎片的分布和危害，阐明了航天器进行碎片预警规避的必要性，讨论了碎片碰撞预警技术中的关键问题，用已有的碰撞和规避实例对自行研制的软件进行了计算检验，结果证明了软件的正确性，也说明了国内进行碎片预警工作的可行性．     

中国航天器工程的成就与展望

中国航天器工程 40多年来经历了技术准备阶段、技术试验阶段和工程应用阶段 ,已形成了返回式遥感卫星系列 ,通信广播卫星系列 ,气象卫星系列和科学探测与技术试验卫星系列 ,而地球资源卫星系列和导航定位卫星系列也即将形成 ;至今中国已发射成功人造地球卫星 5 1颗 ,发射成功试验载人飞船 4艘 ,取得了举世瞩目的成就 ,为国民经济、国防建设、文化教育和科学研究作出了重大的贡献。进入 2 1世纪 ,根据中国航天近期和远期的发展目标 ,中国航天器工程将迎来新的辉煌     

规避时段选择与机动变轨研究

按照空间碎片减缓指南的要求, 当两个空间物体发生碰撞前需要进行规避操作. 本文对规避中涉及到的速度增量与轨道变化的关系进行了分析, 探讨了一些具体的机动变轨方法, 同时还就测站的观测时段问题作了研究, 为碎片预警和航天器的规避提供了有力的支持.      

Spot 1 end of life disposition manoeuvres

The Earth observation satellites of the SPOT family are on a Sun-synchronous orbit at 822 km altitude. The on-orbit lifetime of objects at this altitude is about two centuries, which represents an important risk to the other satellites.The space debris issue has caused the main Agencies to adopt mitigation guidelines with the objective to reduce the population of objects orbiting the Earth. In 1999, CNES published its own standard presenting the management, design and operation rules. This document is fully compliant with the Inter Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) mitigation guidelines approved in 2002 by 11 Space Agencies and submitted to United Nations – Committee on Peaceful Uses of Outer Space in February 2003.The space debris mitigation requirements expressed in the CNES standard and in the IADC mitigation guidelines limit the orbital lifetime in LEO to less than 25 years. Although not applicable to Spot 1, launched earlier in 1986, this rule was voluntarily applied and the decision to deorbit Spot 1 was taken.The corresponding operations, performed in November 2003, were complex due to a large number of constraints such as the unusual flight domain, the on-board sensors, the short ground station visibilities or the uncertainties in the estimation of the remaining fuel in the tanks. In the preliminary phase, the orbit was lowered 15 km below the operational orbit to avoid any collision risk with the other Spot satellites. Then, in a second phase, a series of eight apogee boosts lowered progressively the perigee altitude to 619 km. Finally, a large last manoeuvre was performed to empty the tanks and to reduce the perigee altitude the maximum amount. A succession of four ground stations visibilities allowed a real time monitoring of this manoeuvre. In particular the effect of gas bubbles in the propulsion system was observed through telemetry confirming the fuel depletion. The batteries were then disconnected and the telemetry emitter was switched off. According to the obtained perigee altitude, the on-orbit lifetime of Spot 1 should be about 18 years, which meets the space debris mitigation requirements.     

空间科学任务及其特点综述

人类进入太空以来已经发射了近1万个人造航天器,其中大约10%执行的是空间科学和探测任务.近年来中国经济快速发展,提供了更多的基础研究经费,经济转型也对创新驱动发展提出了更高需求,中国对空间科学的投入开始逐年增加.2015年以来先后成功发射了悟空号、实践十号、墨子号和慧眼号4颗科学卫星,天宫2号空间实验室也成功实施了一系列空间科学实验.重要科学发现和成果正在不断地产出.空间科学卫星任务（或称计划）与应用卫星从提出到评价都有很大不同,因此有必要对其所具有的特点进行分析,从而引导空间科学界从科学团队、技术团队到管理团队提高认识,确保未来的空间科学任务发挥最大效益,获得最大科学产出.      

天基微小空间碎片探测研究

随着空间碎片数量的不断增多,天基微小空间碎片探测已经成为一个热点．首先介绍了空间碎片在低地球轨道上的分布情况以及它对于航天器的危害,然后介绍了国外微小碎片探测器的基本情况,并在这些探测结果的基础上提出了一个探测器方案．这种探测器的传感器采用了新型的压电材料聚偏二氟乙稀(PVDF),使用了飞行时间法(TOF)准确测定空间碎片的飞行速度,以及快脉冲分析系统分析碎片的质量．     

空间碎片能量转化利用技术

针对目前空间碎片问题，提出空间碎片发动机概念，立足于使用捕获到的空间碎片，转化为发动机可用的推进剂。在完成碎片清理目标的同时，获得可持续的动力来源，延长清理器的工作寿命。针对空间碎片制粉的方法进行研究，提出使用球磨仪对金属样本进行研磨。使用转刀式粉碎机对非金属材料进行粉碎。通过实验发现，多数粉末粒径达到微米量级。针对空间碎片粉末推进方式进行研究，提出使用静电加速推进方式对粉末进行加速。空间碎片发动机虽然起源于空间碎片清理任务，但是可持续的推进剂供应，也将为小行星探测等任务提供更好的思路。     

An adaptive strategy for active debris removal

Many parameters influence the evolution of the near-Earth debris population, including launch, solar, explosion and mitigation activities, as well as other future uncertainties such as advances in space technology or changes in social and economic drivers that effect the utilisation of space activities. These factors lead to uncertainty in the long-term debris population. This uncertainty makes it difficult to identify potential remediation strategies, involving active debris removal (ADR), that will perform effectively in all possible future cases. Strategies that cannot perform effectively, because of this uncertainty, risk either not achieving their intended purpose, or becoming a hindrance to the efforts of spacecraft manufactures and operators to address the challenges posed by space debris.