航天器增阻离轨技术发展概述及前景展望

在介绍增阻离轨技术的基础上,分析了国外开展的薄膜轨道衰降装置(GOLD)、阻力帆离轨装置(DSDD)、充气式离轨装置(IDOD)、任务后气动离轨系统(Aeoldos)、气动离轨减速系统(IDEAS)等典型项目的研制情况;总结了增阻离轨技术的方案特点,提出针对质量1000 kg以上的大卫星,研究充气式增阻离轨技术的必要性;介绍了外形设计及优化、结构材料、折叠包装与可控展开等关键技术,并对该技术在空间碎片主动清除、大型空间平台有控再入等方面的应用前景及设想进行了介绍,可为发展增阻离轨技术提供参考。     

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。     

立方星辅助离轨空气阻力帆技术研究进展

目前大量的在轨立方星服役结束后会成为长期滞留的空间碎片,影响空间环境安全,因此亟需发展适用于立方星的快速离轨技术。研究表明,空气阻力帆技术适用于辅助近地轨道的立方星离轨,其主要通过展开一面积较大的帆膜,从而增大立方星所受的稀薄大气阻力来加速立方星的离轨。文章对用于立方星辅助离轨的可展开空气阻力帆技术的国内外研究现状、结构设计中的关键技术以及有关空间环境效应模拟试验分别进行阐述分析,并提出未来发展方向。     

欧洲“空间碎片移除”在轨试验任务简析

<正>2018年9月16日,欧洲"空间碎片移除"(RemoveDEBRIS)任务成功开展了世界首次真实太空环境下飞网抓捕立方星技术验证。至2019年3月间,还将验证鱼叉穿刺靶板、运动跟踪、拖曳帆离轨等多项空间碎片移除关键技术。此次欧洲"空间碎片移除"在轨试验任务将加速空间碎片移除技术在轨实用化进程,并具备空间对抗应用潜力。一任务背景与技术基础为应对日益严峻的空间碎片问题,各国积极开展空间碎片移除     

立方体卫星制动帆装置离轨时间分析

为了避免立方体卫星(CubeSat)失效后成为空间碎片,在立方体卫星寿命末期应采用低成本制动帆装置使其快速脱离轨道,从而减少对低地球轨道(LEO)航天器碰撞和损坏的威胁。文章建立了立方体卫星离轨的数学模型,得到立方体卫星离轨时间的影响因素分别为立方体卫星面质比、轨道高度和发射日期。应用实例仿真分析上述3种影响因素对离轨时间的影响,结果表明:随着立方体卫星面质比的增加,离轨时间不断减少;轨道高度越高,离轨时间越长;发射日期不同,离轨时间也存在较大的差异,在太阳活动峰年时离轨时间短,在太阳活动低年时离轨时间长。根据分析结果,对于3U立方体卫星而言,制动帆面积可设计为4m~2。     

离轨薄膜帆帆面材料原子氧侵蚀的数值模拟研究

用于空间碎片减缓的增阻离轨薄膜帆在离轨过程中,帆面材料要长期暴露在较为恶劣的空间环境中,在低地轨道,原子氧对帆面薄膜材料的侵蚀最为严重。离轨帆帆面轻薄,对缺陷敏感,帆面材料为双面镀铝的聚酰亚胺或聚酯薄膜,帆面厚度几微米,镀层厚度几百纳米。为了合理的评估离轨薄膜帆帆面材料的寿命,本文基于对帆面孔隙、裂纹、折痕等缺陷的试验表征结果,采用蒙特卡洛数值模拟方法,分析不同缺陷尺度下原子氧对帆面材料的掏蚀情况。由于离轨帆帆面在叠收拢以及发射过程中均不可避免地会产生较为密集的缺陷,缺陷密度与薄膜膜厚具有可比性,因此重点研究了帆面薄膜材料的原子氧掏蚀缺陷密度效应。离轨帆从750km轨道经历38个月时间的离轨过程中,经历原子氧累积通量约为4.67E20atoms/cm2。帆面500nm和1μm宽度缺陷在原子氧掏蚀作用下破坏深度约1.2μm和1.4μm,宽度约为600nm和1.1μm。通过将仿真结果与NASA的长期暴露试验结果进行比对,验证了模型的有效性。该模型可为离轨帆寿命评估提供初步的理论依据。     

基于电动力绳系的航天器离轨方式初步研究

为寻找适合近地轨道上使用的航天器离轨技术,文章对目前各种离轨策略的基本原理及优缺点作了分析与对比,重点对电动力绳系离轨装置进行了深入研究,建立了数学模型,推导出离轨时间预估公式,对离轨的过程进行了数学仿真,结果证实电动力阻力能使近地轨道上航天器的轨道高度迅速降低,电动力绳系离轨策略具有很高的工程实用性。     

GEO卫星寿命末期离轨控制策略

根据机构间空间碎片协调委员会(IADC)1997年的建议,提出了一种采用多次两脉冲霍曼变轨对寿命末期地球同步轨道(GEO)卫星实施离轨控制的策略。分析了剩余燃料充足时变轨中燃料消耗的计算,以及剩余燃料不足时应采用一次两脉冲霍曼变轨使卫星尽可能离开GEO的对策。仿真结果表明,该离轨控制策略可行。     

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中，天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术，特别是针对移除海量的、尺寸在1~10 cm的危险碎片而言，更是具有独特优势。然而，这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高，目前的硬件水平还达不到实用指标要求，制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍，本文另辟蹊径，利用小卫星概念，提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座，通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度，最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数，根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力，结果显示，10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜，能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而，针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域，设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案，通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座，降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求，为该技术的应用提供了新的思路和途径，所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。     

电动系绳离轨装置的设计与分析

电动系绳离轨效果显著,无需消耗推进剂,是处理LEO(低地球轨道)废弃航天器的有效手段。文章介绍了利用电动系绳进行离轨的原理,提出了电动系绳离轨装置所需的硬件及其设计要求;给出了电动系绳离轨装置的控制策略和工作过程,并利用系绳运动方程对电动系绳离轨的效能进行了分析。结果显示,利用电动系绳可以大大减小离轨的面积时间积。