一种高效利用天基激光能量清除空间碎片的方法

针对日益增长的空间碎片污染太空环境问题,建立了天基激光能量清除空间碎片的降轨模型。重点讨论了速度增量与空间碎片速度的夹角对近地点高度降低的影响,并考虑到天基平台与空间碎片作用距离的影响,从能量利用率的角度出发,提出了能量分配系数（CEA）的概念。基于CEA,设计出关于脉冲激光能量分配的策略,并与脉冲激光能量平均方式清除空间碎片的方式进行对比分析,说明了脉冲激光能量分配策略的有效性,提高了天基激光能量利用能力,达到了高效清除空间碎片的目的。     

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。     

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.     

气动辅助异面变轨在多碎片清除中的应用分析

碎片清除飞行器异面变轨需要消耗大量燃料.从气动辅助异面变轨优化设计及被清除碎片轨道高度差值、倾角差值等参数对变轨性能的影响出发,比较分析了优化气动辅助异面变轨与双脉冲霍曼轨道转移的燃料节约量,研究了不同轨道高度差对于实施气动辅助变轨燃料节约量的影响.当地球静止轨道（GEO）与低地轨道（LEO）间气动辅助变轨优化速度增量约为1.55km·s^-1、质量面积比172kg·m^-2、比冲310s、轨道倾角变化16°时,燃料节约率约为45%.对比研究了不同轨道高度差LEO轨道间实施气动辅助变轨的燃料节约情况.结果表明：随着轨道高度的增加,气动辅助优化效率逐渐降低;在相同高度轨道间实施异面变轨,随着轨道倾角的增加,气动辅助变轨燃料节约率先增大后减小,倾角改变量约为20°时,燃料节约率最大;当轨道倾角为5°时,采用气动辅助变轨和双脉冲变轨的燃料消耗量相同.     

激光驱动微小碎片技术可行性研究

介绍了激光驱动微小碎片技术的可行性试验研究。对四种粘膜方法进行了比较,在真空中测出了铝飞片的速度,并对两种防护材料进行了损伤评估试验,试验结果说明：在地面建立一套完整激光驱动微小碎片模拟装置是必要的,也是可行的。     

空间碎片环境模型

空间碎片环境建模就是用数学方法描述空间碎片在三维空间和未来时间的数量、分布、迁移、流动以及碎片的物理特性（如尺寸、质量、密度、反射特性等）。空间碎片环境模型可以分为三类：第一类是确定性的,能逐个测算单个碎片的轨道参数和物理特性;第二类是统计性的,能通...     

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...     

地基设备布站对空间碎片观测能力的影响分析

建立空间碎片地面观测站时,需要用数值仿真工具对其观测能力进行评估和分析.评估观测站能力的重要指标是测站设备对空间碎片的观测量和可观测频度.先进的设备指标和合适的测站位置能够大大提高观测能力.本文使用STK,PROOF等软件,对不同测站雷达和光学设备的观测能力(过境率和探测率)进行了数值仿真和比较分析,得到了一些初步结论,对于空间碎片监测网的设计有一定的参考作用.     

空间碎片云演变过程的阶段划分

根据碎片云从破碎点开始向空间扩散过程中碎片密度和形状的变化规律,以几何形状和起主要作用的因素为特征,定义了球形、椭球形、绳形、螺旋线形、全方位弥漫直至球壳形六个演变阶段.论述了在各个阶段的主要特征和对演变过程起主要作用的因素.总结了与演变过程相关的轨道运动理论和研究方法,分析了各个阶段演变的动力学原理.在球形阶段起主要作用的是分离速度;椭球形阶段可以利用线性化相对运动方程进行分析;绳形与螺旋线形在几何上有质变,但都有结点和结线,并可以利用速度增量理论分析和解释其存在的原因.轨道摄动力消除了结点和结线,导致碎片云的全方位弥漫,并最终使碎片云趋于球壳形.推导和罗列了各阶段转换标志点时刻的计算公式,利用计算机仿真的方法,给出了近地轨道各个阶段碎片云分布示意图,验证了演变过程阶段划分的合理性.     

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。     

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。     

一种低轨废弃目标的捕获与回收方案

如何清除轨道上日益增多的废弃目标已成为国内外航天活动无法回避的现实问题和迫切需解决的问题.针对低轨道大型废弃目标回收问题,基于天基回收技术的概念,提出了一种新型组合式柔性捕获回收方案.使用空间绳网捕获废弃目标后通过充气式增阻离轨方式进行被动离轨,再利用充气式进入减速技术(inflatable entry deceler...     

An active debris removal parametric study for LEO environment remediation

Recent analyses on the instability of the orbital debris population in the low Earth orbit (LEO) region and the collision between Iridium 33 and Cosmos 2251 have reignited interest in using active debris removal (ADR) to remediate the environment. There are, however, monumental technical, resource, operational, legal, and political challenges in making economically viable ADR a reality. Before a consensus on the need for ADR can be reached, a careful analysis of its effectiveness must be conducted. The goal is to demonstrate the need and feasibility of using ADR to better preserve the future environment and to explore different operational options to maximize the benefit-to-cost ratio. This paper describes a new sensitivity study on using ADR to stabilize the future LEO debris environment. The NASA long-term orbital debris evolutionary model, LEGEND, is used to quantify the effects of several key parameters, including target selection criteria/constraints and the starting epoch of ADR implementation. Additional analyses on potential ADR targets among the existing satellites and the benefits of collision avoidance maneuvers are also included.     

Active debris removal of multiple priority targets

Today’s space debris environment shows major concentrations of objects within distinct orbital regions for nearly all size regimes. The most critical region is found at orbital altitudes near 800 km with high declinations. Within this region many satellites are operated in so called sun-synchronous orbits (SSO). Among those, there are Earth observation, communication and weather satellites. Due to the orbital geometry in SSO, head-on encounters with relative velocities of about 15 km/s are most probable and would thus result in highly energetic collisions, which are often referred to as catastrophic collisions, leading to the complete fragmentation of the participating objects. So called feedback collisions can then be triggered by the newly generated fragments, thus leading to a further population increase in the affected orbital region. This effect is known as the Kessler syndrome.     

基于缩放实验的Whipple结构撞击特性

针对航天器空间碎片防护问题,基于缩放实验方法,开展了7 km/s以上超高速碰撞仿真研究.建立了单板和Whipple防护结构的仿真模型,并对铝-铝撞击问题和镉-镉撞击问题进行了多工况仿真.通过实验结果与数值仿真的对比,表明了数值仿真技术的正确性,并从仿真角度验证了缩放实验方法的有效性.对缩放实验方法的适用性进行了仿真验证,结果表明该方法对弹丸形状适用性较好,对3～4 km/s以上撞击速度的适用性较好,但对Whipple防护结构后板存在一定误差.分析了Whipple结构后板的失效模式,提出了失效模式的不连续性导致了缩放实验方法的误差.最后通过数值仿真计算了Whipple结构7 km/s以上弹道极限特性,提出了失效模式的不连续性造成了在该速度段弹道极限曲线的分叉现象.