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．     

基于天基光学探测图像初析南大西洋异常区影响

文章针对目前在轨运行的高灵敏度探测类可见光遥感器经过南大西洋异常区（SouthAtlanticAnomaly,SAA）时出现的探测能力降低、目标无法识别等现象,通过卫星在轨获取的SAA天基探测图像研究图像中出现的异常现象机理;提出了基于CCD探测器固有暗像元区的图像特征变化开展SAA影响评估的方法,根据在轨图像暗像元区的均值和标准差、图像区的热像素及活像元等特征参数的统计分析,判断经过SAA过程中连续获取的图像中出现显著影响时的拐点,通过曲线拟合估算出该轨道高度的SAA空间分布特征和边界,依此进一步提出利用在轨天基探测图像给出测量影响该轨道高度卫星SAA区域边界的简单方法;最后,基于SAA对天基探测器件的影响分析结果和认识,给出了高灵敏度探测类卫星避免或消除SAA影响的改进措施和建议。文章采用的数据分析和评估方法为提升SAA对天基探测影响的认识,以及下一步有效开展空间碎片探测工作提供参考。     

空间目标在天基光学探测中的特性分析与仿真

分析了空间目标的分布及几何特性,研究了空间目标光学特性与天基探测系统、太阳以及目标自身参数的关系,提出了空间目标光学特性仿真的思路,建立的天基空间目标光学特性分析系统可以计算并绘制相对距离、太阳相位角及目标星等变化曲线.由于很难获取准确的空间目标实际光度数据,文中提出了对仿真结果的验证方法.通过对仿真结果的分析,得出了天基空间目标光学探测的特点,为天基光学探测和识别的研究提供了参考.      

美国天基空间态势感知系统发展

随着全球空间优势争夺加剧、空间碎片增长以及空间对抗技术发展,空间安全日益成为全球关注的焦点。空间态势感知包括对空间目标的探测、跟踪、识别、编目、表征,对空间事件的评估、核实,以及对空间环境的监测预报等,是了解与应对空间威胁、确保空间安全的基础,近年来受到航天国家高度重视。美国作为拥有最多空间资产、对空间依赖最强的国家,大力发展空间态势感知能力,重点发展具有全天时、全天候探测优势的天基系统,实施了一系列天基空间态势感知装备部署和技术研发计划,构建全维空间态势感知能力。天基空间态势感知系统包括专用空间目标监视卫星、具有空间监视能力的导弹预警卫星、具有空间目标监视能力的技术试验卫星,以及空间环境监测卫星。本文重点关注专用空间目标监视卫星和有关技术试验卫星。     

空间杂光对交会对接光学成像敏感器影响分析

CCD光学成像敏感器是交会对接最后靠拢段的关键测量敏感器,其在轨工作时,太阳和地球杂光可能会进入相机视场,影响敏感器的正常测量.提出通过杂光建模分析和地面杂光试验验证相结合的方法,评估和验证空间杂光对光学成像敏感器测量的影响,确定相机遮光罩设计指标要求,给出理论分析、地面及飞行试验结果.     

空间碎片天基监测图像仿真研究

空间碎片天基光学监测可以有效弥补地基监测的时空覆盖缺陷.目前天基观测数据不足甚至没有数据，这给监测系统研制、数据处理算法研究及软件系统研发和验证造成了一定困难.因此，研发能够为相关研究提供空间监测图像的空间碎片天基监测图像仿真软件系统具有重要意义.本文根据天基监测图像的特点，研究基本算法，设计仿真流程，给出仿真图像并对结果进行分析.为得到符合实际观测场景的高精度仿真图像，软件系统采用瞬时惯性坐标系；基于Tycho2星表提出了采用基于索引文件的快速星表查询方法来生成背景星图；利用两行根数（Two-Line Element，TLE）数据集仿真空间碎片观测值；并对结果图像中目标的运行轨迹进行分析，得出天基监测空间目标的成像特性.仿真结果表明，该仿真系统能够针对不同观测条件和观测平台，在兼顾精度与时效性的情况下，获得较为真实的空间碎片天基光学系列观测图像.      

国外卫星光学遥感器前沿技术发展探析

正卫星遥感利用卫星平台搭载光学、雷达、红外等遥感器,获取地球陆地、海洋和大气的特征信息,形成图像以及反映物质成分的光谱信息等遥感产品。国外正在大力发展天基薄膜衍射成像、空间分块可展开光学成像、天基光学合成孔径成像、天基超光谱成像等新型卫星遥感技术,实现在空间、时间、光谱等不同维度的高分辨率光学探测。     

天基激光移除空间碎片仿真平台研究与开发

为了从空间碎片和天基移除系统两方面分析激光驱动碎片变轨过程,优化移除任务规划和策略,基于真实的可观测空间碎片数据,设计并开发了一套天基激光移除空间碎片三维数值仿真平台。首先从总体设计出发,对三维数值仿真平台的需求分析、总体框架、模块功能进行了明确的描述。其次通过对激光驱动空间碎片变轨过程数学模型的分析,确定了各模块的具体实现方法。最后采用C++/Qt开发了三维数值仿真平台,通过仿真验证了设计平台的有效性。该仿真平台可用于不同天基平台和目标碎片的任务规划、碎片分布热点区域和航天器防护区域的方案设计及空间环境治理体系的优化设计。     

基于蒙特卡罗法的轻气炮射击精度评估

天基轻气炮因性能稳定、易于小型化等特点为空间攻防及空间碎片主动防护提供了一种更加有效的途径.天基轻气炮完成任务的首要前提是实现对空间高速运动目标的精确打击.为全面、准确地对天基轻气炮射击精度进行评估，首先建立天基轻气炮射击误差源分布模型，确定了射击准确度、密集度、命中概率等评价指标.然后，提出天基轻气炮射击精度评估的一般框架，包括设计仿真打靶试验，通过外弹道轨迹计算脱靶量，对脱靶量数据进行预处理，根据预处理后数据完成准确度、密集度及命中精度估计.最后，根据所设计的框架对高度为10 354 km圆轨道上的目标进行了蒙特卡罗法仿真打靶试验并完成射击精度评估.结果表明在不进行弹丸末制导情况下，射击准确度约为48 m和圆概率误差约为87 m，主要是对非合作目标测定轨引起的误差对射击准确度影响较大，且射程较远导致误差对射击精度的影响被放大.命中概率约为千分之一，且随着目标尺寸增加而增加.     

An adaptive threshold method for improving astrometry of space debris CCD images

Optical survey is a main technique for observing space debris, and precisely measuring the positions of space debris is of great importance. Due to several factors, e.g. the angle object normal to the observer, the shape as well as the attitude of the object, the variations of observed characteristics for low earth orbital space debris are distinct. When we look at optical CCD images of observed objects, the size and brightness are varying, hence it’s difficult to decide the threshold during centroid measurement and precise astrometry. Traditionally the threshold is given empirically and constantly in data reduction, and obviously it’s not suitable for data reduction of space debris. Here we offer a solution to provide the threshold. Our method assumes that the PSF (point spread function) is Gaussian and estimates the signal flux by a directly two-dimensional Gaussian fit, then a cubic spline interpolation is performed to divide each initial pixel into several sub-pixels, at last the threshold is determined by the estimation of signal flux and the sub-pixels above threshold are separated to estimate the centroid. A trail observation of the fast spinning satellite Ajisai is made and the CCD frames are obtained to test our algorithm. The calibration precision of various threshold is obtained through the comparison between the observed equatorial position and the reference one, the latter are obtained from the precise ephemeris of the satellite. The results indicate that our method reduces the total errors of measurements, it works effectively in improving the centering precision of space debris images.     

柔性多层冲击空间碎片防护结构设计与试验

充气展开密封结构是未来空间站以及大型空间居住舱的理想构建形式,其外蒙皮由气密层、增强层、微流星体和空间碎片防护层、辐射保护层以及热控层组成。为了既满足对空间碎片的防护,又满足折叠、收纳以及展开的要求,空间碎片防护层需要采用多层冲击防护结构设计。基于多层冲击防护结构,采用国产的玄武岩纤维材料和芳纶织物的特性参数,根据弹道极限方程设定了柔性空间碎片防护层的设计参数,并通过高速撞击试验对根据设计参数生产的试验件进行了试验验证,试验结果与柔性多层冲击防护结构的弹道极限方程吻合较好。     

空间可展开薄膜遮光罩设计与分析

对于觅音计划的光学系统而言,太阳光是其杂散光的首要来源,是影响成像质量的重要因素。通过将仿生技术和折纸理论相结合,完成光学系统的遮光罩设计。依据花朵开放过程,获取遮光罩的拓扑构型,完成遮光罩折展设计,并根据光学系统任务需求,优化遮光罩拓扑构型。采用底面为正六边形的拓扑构型时,遮光罩的折展比为8,且折叠后的包络空间和卫星星体所占用的空间相重合,能够更好地利用空间。选用两层薄膜作为遮光结构,一方面提高了遮光性能,另一方面遮光罩本身具有一定的隔热功能,更好地保护了光学系统。最后通过ABAQUS仿真模拟薄膜的展开过程,并进行应力水平分析。结果表明,遮光罩薄膜展开过程顺利,展开后最大应力为40.63MPa,满足聚酰亚胺薄膜材料的使用要求。     

舱外航天服热设计技术

提出了舱外航天服热设计技术的研究内容,回顾了国内外在该领域的研究现状.分析了二维冷／热宽温度范围内的人体热调节系统、手指温度仿真以及液冷通风系统传热传质过程,建立了舱外航天服热设计仿真技术平台.通过人体热生理实验对该热设计仿真技术进行了验证.      

空间用固态限流保护电路的小型化设计与实现

设计了一款采用指令控制模式且具有通断指示和限流保护调节功能的固态限流保护电路,可替代空间电源母线中的熔断器,用于浪涌电流抑制和负载过流保护。为满足产品的小型化设计需求,电路采用厚膜工艺布局布线,微组装技术生产制造。通过电路仿真、版图设计及应用测试,电路性能满足设计要求,且产品尺寸仅为25mm×23mm×55mm,在小型化设计方面具有显著优势,作为新兴的固态配电保护产品在空间供配电系统中具有良好的应用前景。     

追踪及凝视状态下地气光对空间目标成像影响

为了分析不同探测方式下地气光辐射对空间目标成像特性的影响,利用卫星仿真工具包(satellite tool kit,STK)设计了一个以地球同步轨道(geosynchronous orbit,GEO)卫星与中轨道(medium orbit,MEO)卫星上搭载的可见光成像器为探测平台,以高椭圆轨道(highly elli...     

基于驻留时间比的近地空间碎片环境建模

为分析近地空间碎片的分布规律,提出了一种以碎片在空间网格内驻留时间为基础的碎片环境统计建模方法.该方法利用多项式拟合和求根方法统计碎片在空间网格内的停留时间,获取模型基础数据,并据此采用多项式预测、插值和时间序列分析等技术,综合分析空间碎片的分布与演化规律.给出了一个基于双行根数(TLE,Two Line Elements)数据的建模实例,该实例通过了ORDEM2000模型的对比验证,并获得了一些更精细的近地空间碎片环境特征.所得建模方法和分析结论可为长期运行的近地航天器轨道设计、碰撞风险评估及防护等提供技术支撑.