对一种利用人造粉尘清除空间碎片新方法的理论分析

近地轨道的空间碎片污染日益严重,目前碎片数量已达到历史最高值并可能引发一系列连锁反应.进行主动碎片清除十分必要.利用粉尘主动清除近地轨道空间碎片是一种主动碎片清除的新方法.本文基于此方法的基本原理进行分析研究,建立了单颗碎片与人造粉尘作用的基本假设和机理模型,并对其作用进行定量计算分析;结合碎片的空间密度分布,对该方法的作用效果进行了定量估算,得出一些基本分析结论,有助于对新方法的客观认识.      

国外空间碎片清除最新发展

正1空间碎片环境加速恶化,空间碎片主动清除势在必行空间碎片是人类探索和利用外层空间的产物,通常包含失效航天器、火箭体、剩余燃料及气体、航天器材料、生活垃圾等。根据欧洲航天局(ESA)2020年底发布的信息,地球轨道上尺寸大于10cm的空间碎片超过3.4万个,尺寸1～10cm的空间碎片超过90万个,尺寸0.1～1cm的空间碎片约1.3亿个。     

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。     

针对空间碎片捕获的绕飞轨道设计

地球轨道上日益增长的碎片云已引起各个航天国家的担忧,地球轨道上可编目的空间物体数量30多年内增长了2倍多,若不实施主动清除,碎片的数量将在未来200年内快速增长,给空间系统的安全带来极大的威胁。自然椭圆绕飞轨道可在目标附近长时间绕飞,可保证碎片捕获系统具有长时间的观测、捕获时间。文章提出通过设计绕飞轨道来实现捕获碎片的方案,介绍并分别推导了基于C-W方程和轨道根数两种方式绕飞轨道设计的方法。针对假想的捕获目标,基于轨道根数方法设计了5种脉冲变轨的轨道方案,并进行了相应的轨道算例仿真。仿真结果表明:该方案可适用于任意的初始相位差,具备一定的工程实现意义。     

美国《国家轨道碎片研究与发展计划》要点阐述

正2021年1月,美国白宫科学与技术政策办公室(OSTP)发布了《国家轨道碎片研究与发展计划》,该文件分析了当前空间轨道碎片的现状,指出了主动清除轨道碎片方面的许多挑战,提出了美国未来应对轨道碎片风险的研发活动计划,确定了3个基本要素共14个优先领域,并对美国国家航空航天局(NASA)、商务部(Do C)、国防部(Do D)、交通部(Do T)、国务院(Do S)和内政部(Do I)等职能部门进行了职责分配。     

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。     

静止轨道碎片清除飞行器概念研究

1 引言 目前,静止轨道上运行着大约450颗卫星,而随着航天技术的不断发展,静止轨道将变得越来越拥挤;另一方面,静止轨道空间碎片有1200多个,主要包括运载火箭末子级或上面级、废弃卫星、卫星分离物及卫星爆炸或碰撞后产生的碎片,这些空间碎片占据了宝贵的轨道资源,不仅造成了资源浪费,而且严重影响在轨卫星的生存,对空间碎片进行在轨清除成为空间技术发展的重要趋势之一.     

空间碎片的缓减

１空间碎片的现状□□目前，地面观测到并已登记在册的、在轨道上运行的人造物体共有８６００多个，其中只有大约６％，即５００个左右的物体是正在工作的航天器，其余８０００多个都是尺寸在１ｃｍ以上的空间碎片。至于地面观测不到的空间碎片其数量估计在数十万至数百万...     

雷达波束驻留模式下空间碎片数量的置信区间估计

碎片数量估计是空间碎片环境统计特征描述的重要内容之一,对于空间碎片环境模型验证、航天器碰撞风险分析以及碎片数量增长趋势预测有重要意义.针对波束指向正东、正南任意仰角的雷达波束驻留(Beam-park)模式(天顶指向是波束指向仰角为90°时的特例),给出了一种估计碎片数量置信区间的方法.对于给定轨道高度范围内一个具有穿越雷达波束可能性(即雷达散射截面足够大,且轨道倾角相对测站纬度足够大)的碎片,将其是否真正穿越波束这一随机事件用(0-1)分布来建模,根据所采集的轨道高度和倾角数据,计算出该轨道高度范围内碎片穿越波束的平均概率,进而采用中心极限定理来估计碎片数量的置信区间.仿真结果表明了方法的有效性.      

基于多项式近似的空间碎片群体轨道预报算法

快速准确地分析空间碎片群轨道演化行为对于其他在轨航天器碰撞规避至关重要。在各摄动力的作用下,空间碎片群演化运动呈现出复杂的非线性特征。空间碎片群体个体数量巨大,如果通过对空间碎片群中每个空间碎片进行轨道积分来分析群体预报的方法会导致计算量过大。针对该问题,提出一种基于多项式近似的轨道快速预报分析方法。该方法将空间碎片群分为少量的标称碎片和其他大量关联碎片。针对标称碎片的轨道预报采用数值积分求解保证预报精度;而针对其他大量的关联碎片轨道预报问题,采用多项式泰勒展开半解析方法求解,从而在保证预报精度的前提下有效减少空间碎片群轨道预报的计算量。为了验证方法的有效性,对不同空间碎片群进行了轨道预报仿真。仿真结果表明,当轨道预报精度设定在1m范围内时,多项式近似算法的计算量较蒙特卡洛方法计算效率提高了2.2~17.2倍,验证了所提出方法的有效性。     

基于相控阵雷达波束篱笆的空间碎片数量与分布估计方法

随着载人航天与空间站等航天活动的增多,不能有效防护、也无法定期跟踪和编目的小尺寸(尤其是1～10 cm)碎片的危害越来越受到关注,这些碎片信息的获取依赖于统计采样技术.针对简化的相控阵雷达波束篱笆空间碎片探测模式,提出了一种采用统计技术估计空间碎片总数量以及高度和倾角分布的方法.将碎片穿越波束篱笆的过程用Poisson分布来建模,根据观测时段内穿越波束篱笆目标的平均到达率及测量的轨道高度和倾角数据来估计给定轨道高度范围或倾角范围内碎片的数量,进而得到碎片的总数量以及碎片数量随轨道高度或倾角的分布.在获取雷达散射截面信息时,该方法还可用于估计碎片数量随尺寸的分布.通过仿真实验验证了该方法的有效性.      

大面质比空间碎片在太阳光压和引力作用下的轨道演化

分析了较高轨道(a > 10000km)大面质比空间碎片的轨道动力学演化问题. 重点讨论了位于地球同步轨道的空间碎片轨道演化问题, 并给出轨道偏心率 随时间演化的表达式. 通过进一步分析得出, 倾角大于63°26'的GTO轨 道空间碎片, 仅在J₂和第三体摄动影响下, 会出现轨道偏心率升高; 而对 于大面质比空间碎片, 在J₂项和太阳光压同时作用下, 当近地点指向的角 变率与太阳平黄经变化率接近时, 会出现长期共振现象, 导致轨道偏心率升 高, 近地点降低. 分析还得出, 轨道演化过程中, 偏心率的最大值与初始轨 道近地点的指向有关.      

空间碎片减缓技术发展研究

正如电影《地心引力》（Gravity）呈现出的因为空间碎片而导致的巨大灾难，空间碎片对人类的空间资源开发活动构成了极大的威胁，必须想方设法地控制和减缓空间碎片。控制、减缓空间碎片的措施主要是预防和治理两种。在积极预防产生空间碎片的基础上，还有必要采用先进的清除技术对已经漂浮在轨道的空间碎片进行治理。     

基于空间站平台的空间碎片探测与清除技术

<正>1引言近几十年来,人类航天活动日益频繁,航天器发射数量不断增加,由此产生了大量的空间碎片,包括运载工具、失效载荷以及由空间物体碰撞产生的碎片等。空间碎片的相对运动约10km/s,能够对航天器造成多种形式的危害,如严重改变航天器的表面性能、运行姿态和轨道,甚至可导致载人航天器的严重损毁,威胁航天员的生命安全。目前太空中已编目的大于1 0 c m的物体约2万     

太空新航线

美欲砍掉空间碎片研究计划 美国航宇局官员称,尽管承认轨道碎片对航天飞机、国际空间站和低地轨道卫星构成严重威胁,但预算超支正促使该局考虑在今年10月1日砍掉其已成立了23年的轨道碎片计划办公室。对于那些尺寸足够大、可被地面光学和雷达望远镜跟踪到的碎片,美国航宇局以及商业和科学卫星经营者仍然依赖美国航天司令部的跟踪数据。该军事部门目前每天都跟踪着约10000个直径大于10厘米的物体,使卫星经     

欧空局将研究空间碎片清除任务

<正>欧空局正在其"清洁太空"计划下开展论证称为e.DeOrbit的空间碎片清除任务,目的是要减小航天业对地球和空间环境的影响。人类几十年的航天发射在地球周围留下了一圈太空垃圾。目前地球轨道上可跟踪到的比咖啡杯大的空间物体有超过1.7万件,存在着同工作中的航天器发生灾难性碰撞的危险。即便是1厘米直径的螺母撞击时也会有手榴弹般的威力。控制关键性低地轨道上碎片数量的唯一办法便是将废弃卫星和火箭上面级等大型物体清除掉。e.DeOrbit任务针对的是已很拥挤、高度在800千米~1000千米之间的极轨道。所用航天器重约1600千克,将由欧空局的"维加"火箭发射。     

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．     

空间碎片环境近况

根据国际上近年来对空间碎片跟踪、观测、统计分析以及对从轨道上回收的试验装置和样品的分析研究,介绍了地球周围空间环境中存在的空间碎片的数量、质量及其分布的最新状况。     

空间碎片预警中的碰撞概率方法研究

由于空间碎片对飞行在地球轨道上的航天器危害日益严重,所以必须采取一些有效的防护措施,对于那些直径大于10 cm的碎片,通常是采用主动规避的方法来进行防护.为了避免传统的Box判据造成的过多错误预警,碰撞概率模型开始被应用于空间碎片预警,本文以空间站为例,将碰撞概率方法与传统Box区域判定法进行比较,介绍碰撞概率计算模型的建立方法,基于位置误差矩阵的碰撞概率Pc的算法,并针对实际交会事例进行了计算和分析.