天基雷达观测空间碎片的研究现状及关键技术分析

文章针对空间碎片观测中尚未得到确切观测数据的危险碎片的观测需求,综合分析了国内外的研究水平和现状,对天基雷达观测的需求和关键技术开展研究,提出了天基空间碎片观测有三个关键技术需要解决,即如何确定雷达工作体制和平台轨道以提高观测效率,如何有效探测尺度只有几个毫米-几个厘米的细小目标,如何对观测到的空间碎片进行分类和精确定轨。     

天基雷达观测空问碎片的研究现状及关键技术分析

文章针对空间碎片观测中尚未得到确切观测数据的危险碎片的观测需求，综合分析了国内外的研究水平和现状，对天基雷达观测的需求和关键技术开展研究，提出了天基空间碎片观测有三个关键技术需要解决，即如何确定雷达工作体制和平台轨道以提高观测效率，如何有效探测尺度只有几个毫米-几个厘米的细小目标，如何对观测到的空间碎片进行分类和精确定轨。     

空间碎片现状与清理

分析了空间碎片的严峻现状和空间碎片的10个来源,指出轨道碰撞是产生碎片最多的因素;介绍了空间碎片的观测方法、原理和观测系统的概况,包括正在兴建的观测系统——“空间篱笆”。最后,根据不同轨道高度和空间碎片的数量与大小,提出空间碎片清理原则、要求和9种清理方法。     

地基激光测距系统观测空间碎片进展

卫星激光测距作为地基光电望远镜系统重要技术应用,可直接精确测量空间碎片距离,提升碎片目标轨道监测精度。基于上海天文台60 cm口径激光测距望远镜,应用百赫兹重复率高功率激光器、高效率激光信号探测系统等,建立了空间碎片激光测距系统,实现了对距离500~2600 km、截面积0.3~20 m2的碎片目标观测,测距精度优于1 m,具备了碎片目标常规测量与应用能力。此外,开展了空间目标白天监视技术研究,实现了亮于6星等恒星的白天观测,并进行了望远镜局部指向误差模型分析,分析结果可应用于空间碎片白天激光观测的目标监视与引导。     

应用距离搜索的低轨空间碎片初始轨道确定方法

使用低轨天基光学望远镜扫描式观测低轨空间碎片,由于两者的相对运动较快,只能获得很短时间内的角度观测值(甚短观测弧段),使用传统的Gauss方法和Gooding方法很难得到精确的空间碎片初始轨道。为此,文章提出了一种新的方法,在给定的一组角度观测值中,通过搜索其中2个时刻的距离信息,将纯角度的初始轨道确定问题转换为基于2个位置矢量的初始轨道确定问题;再利用其他时刻的角度观测值进行检核和约束,筛选出最优的初始轨道结果。利用文章方法对空间碎片在10~60s内的503个观测弧段进行处理,结果表明,其定轨误差与角度观测值变化率有关。将文章方法所得结果与Gauss方法和Gooding方法进行比较,证明文章方法在解的成功率和精度上都显著优于其他2种方法,能很好地确定空间碎片的初始轨道。     

高轨空间碎片自主捕获观测及跟踪方法

针对高轨空间碎片的精准化跟踪及清除需求,文章提出一种基于星图背景的全自主捕获、观测及跟踪识别方法,依据恒星惯性空间位置不变性,通过连续帧图像数据比对实现恒星目标和非恒星目标分离,完成空间碎片目标识别。作为应用于高轨空间碎片捕获、观测的全自主双体制模式探测系统,在兼顾空间碎片捕获、观测的基础上,同时还具备恒星测姿功能,经过地面及在轨验证表明：在对高轨空间碎片跟踪过程中四元素结果稳定,恒星测姿结果稳定,可广泛应用于高轨空间碎片的跟踪与治理任务。     

高轨空间碎片光电观测技术综述

高轨空间碎片(一般指轨道高度高于20000公里)的光学观测是近年来空间碎片研究领域中重要的研究主题之一.它在目标的探测、跟踪、识别等领域有着广阔的应用前景.目前对其物理特性的有效研究手段主要是基于时间序列的测光观测,基于同时性的多色测光观测,基于低色散的光谱观测以及基于偏振的光学观测.该文将重点从此四个方面回顾目前的研究现状和常用的处理方法,并对研究难点和未来发展趋势作了分析和阐述.     

利用姿态调整规避地气光的GSO空间碎片观测方法

针对空间碎片天基光学观测时的地气光规避问题,提出一种利用卫星姿态调整的观测方法。首先,建立地气光对卫星遥感器观测效能影响的数学模型,计算地气光影响卫星弧段。其次,建立空间碎片观测数学模型,对观测方法进行设计。最后,基于STK和MATLAB软件联合仿真,对观测效能进行仿真分析,迭代优化观测方法。以500km太阳同步轨道卫星对地球同步轨道(GSO)空间碎片观测为例,仿真分析其地气光影响弧段及观测效能。仿真结果表明:文章提出的方法可有效克服地气光影响,且观测效能高。     

我国"太空垃圾"观测中心在紫金山天文台成立

3月初,我国唯一专门针对“太空垃圾”的观测中心———中国科学院空间目标与碎片观测研究中心在中科院紫金山天文台成立。它将为我国在太空领域建起安全预警系统。空间碎片也称作“太空垃圾”,指的是人类空间活动废弃物,大到废弃卫星和各类航天器的金属部件,小到固体发动机点火     

空间碎片观测综述

空间碎片又称轨道碎片,是指宇宙空间中除正常工作的飞行器外的所有人造物体,包括飞行着的各种残骸和碎片,大到废弃的卫星、运载火箭末级,小到固体火箭发动机燃烧后的氧化铝小颗粒或从航天器上剥落下来的漆片。这些人造物体长期运行在空间轨道上,并随着人类航天活动的扩展日益增多。据估计,目前地球空间轨道上空间碎片的数量在数十万至数百万之间,而地面能够观测到的在轨运行的人造物体却不到1万个。以2003年6月24日美国公布的资料为例,登录在案的在轨物体数目有9106个,其中真正有效的航天器为1003个,即89郾0%的在轨物体为空间碎片。空间碎片的存在严重地威胁着在轨运行航天器的安全,它们和航天器的碰撞能直接改变航天器的表面性能,造成表面器件损伤,导致航天器系统故障,对航天器的正常运行带来极大的危害。同时空间碎片的不断产生对有限的轨道资源也构成了严重威胁,尤其是当某一轨道高度的空间碎片密度达到一个临界值时,碎片之间的链式碰撞过程将会造成轨道资源的永久破坏。因此,为了安全、持续地开发和利用空间资源,就必须不断提高对空间碎片的跟踪监视技术,增强对空间碎片环境的分析预测能力,同时寻求控制空间碎片的有效措施。     

第36届COSPAR会议空间碎片专题综述

第36届世界空间科学大会（COSPAR）下设空间碎片专题交流分会。为便于了解当前国际上空间碎片研究的动向,文章首先介绍了该专题会议的概况,然后将会议交流的26篇文章分为空间碎片观测与预警、空间碎片探测与数据库、空间碎片防护、空间碎片减缓4个部分进行了简要总结和综述。     

天基照相跟踪空间碎片批处理轨道确定研究

随着国内外天基观测空间碎片研究的展开,文章提出了利用跟踪卫星的CCD(Charge
Coupled Device)相机对空间碎片进行轨道探测的方法,首先建立了CCD照相观测模型和基于 照相观测 的空间碎片批处理轨道确定模型。通过对CCD相机底片归算方法的分析可知,利用
CCD相机所获得的观测数据与跟踪卫星的姿态无关,且其精度只与测量和坐标转换计算的精 度有关,在测量和计算中可获得较高的精度。分别对分布密度较高的低轨道和地球同步 轨道区域的空间碎片进行了定轨分析。仿真结果表明,定轨时采用两个跟踪弧段的照相数据 定轨精度大大高于一个弧段照相数据的定轨精度;跟踪卫星距离空间碎片越近,定轨精度越 高;低轨道空间碎片的定轨精度高于地球同步轨道上的空间碎片定轨精度。
     

征稿启事

《空间碎片研究》作为国内唯一的空间碎片研究专业性刊物,专门报道国内外空间碎片研究的最新计划和最新活动以及有关空间碎片减缓、观测、防护、空间环境保护的立法问题     

混合空间目标下的多航天器抵近观测任务规划

研究了服务航天器对多个空间目标的抵近观测任务规划问题,并考虑了高价值航天器、普通航天器以及失效航天器或空间碎片3类待观测目标。通过构建合理的评价体系,对目标观测的任务方案进行评分。建立了综合观测目标数量、观测目标类型、燃料消耗、单次点火速度增量以及任务时长的多约束优化模型,涉及的优化变量包括目标分配向量、观测次序向量以及观测时刻向量。服务航天器通过一种四脉冲机动策略抵近每个目标。采用进化算法求解规划问题,并提出一种基于动态规划（DP）的局部搜索策略以优化观测时刻,提升优化效率。最后分别给出了针对单一类型和混合类型空间目标的抵近观测任务规划算例,通过与传统进化算法的求解结果对比,说明了所提出的DP搜索策略的优势。     

地球静止轨道卫星碰撞碎片短期演化风险分析

地球静止轨道(GEO)卫星与空间碎片发生碰撞后短期内会出现无地面观测数据的情况。为解决该问题,筛选了所有运行或穿越GEO区域的空间目标,分析了数值法和解析法在进行接近分析时的优劣势,给出了基于弦截法的接近分析数值求解方法,运用SDP4模型进行轨道预报。运用质量守恒和动量守恒对NASA标准解体模型进行修正,生成空间碎片信息。针对短期演化风险,在无连锁碰撞研究需求时进行假设,进而简化碰撞概率计算方法。对GEO区域内碎片的碰撞和穿越GEO区域碎片的碰撞2类事件进行分析,在碰撞完全解体和非完全解体2种条件下,分析3 d内碰撞产生的碎片对GEO区域的威胁程度。仿真实验结果表明:在完全解体的情形下,新产生的空间碎片3 d内与原有空间目标会发生100多次小于20 km的接近,最近距离降低到214.4 m。在无地面对新生成空间碎片观测数据的条件下,该研究为航天器规避机动提供参考,为下一步的长期演化分析提供理论借鉴。     

关于完善我国空间碎片减控立法的思考和建议

我国在空间碎片领域起步较晚，1989年才开始涉足此方面的研究。1995年6月，我国以国家航天局的名义加入机构间空间碎片协调委员会（IADC），但鉴于资源的匮乏，当时所开展的工作仅限于组织有关单位开展空间碎片国际联合观测、长征四号运载火箭第三级减缓方案、空间碎片数据库与环境模型研究等。     

紫金山天文台将建“天眼”监测太空垃圾

据搜狐网2009年9月22日报道，中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室日前在南京紫金山天文台正式揭牌。该实验室将建成中国空间监视领域一个不可替代的观测研究系统，为中国在空间领域建立一套安全预警系统，以化解散落在茫茫太空中的各种人为碎片带来的威胁，为航天安全保驾护航。     

空间碎片环境的研究与控制方法

一、空间碎片空间碎片是指宇宙空间中除正在工作的飞行器外的人造物体,又称轨道碎片。它们是人类空间活动的必然产物。目前,地面观测不到的空间碎片的数量估计在数十万至数百万之间,而地面能够观测到的在轨运行的人造物体约有9000个。它们的平均相对速度约为10km/s,总质量大约为3000多吨。在这9000多个已确认的人造空间物体中,只有700多个是正在工作的人造航天器,其余8000多个都是尺寸在1cm以上的空间碎片。由于目前人类的太空活动主要集中在低地球轨道,所以对空间碎片的观察和研究也主要集中在低地轨道区域内。在低地轨道上,尺寸大于1mm的…     

空间碎片危害不容忽视

空间碎片就是造成哥伦比亚号失事的可能原因之一。所谓空间碎片，是指人类在空间活动过程中遗留在空间的废弃物。40余年来，人类进行的航天发射已超过4000次，送入空间并曾被跟踪观测的物体超过26000个，大约还有1/3仍遗留在空间。目前可被地面观测设备观测并测定其轨道的空间物体将近9000个，其中只有6%是仍在工作的航天器，     

中国空间碎片研究的进展

首先对"十五"期间中国在空间碎片研究领域取得的主要进展进行了综述,涉及空间碎片监测预警、航天器防护和空间碎片减缓三个方面;然后对"十一五"期间中国空间碎片研究的主要内容进行了介绍。