空间碎片环境现状与主动移除技术

概述了空间碎片环境现状和对航天活动的影响,讨论了空间碎片主动移除对保持空间碎片环境稳定的必要性。空间碎片研究重心先从防护转向减缓,再转到主动移除,最终是清洁空间。评述了空间碎片主动移除技术现状,指出天基激光主动移除空间碎片技术具有很好的工程应用潜力。     

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     

空间碎片移除的关键技术分析与建议

面向空间碎片的严重威胁,分析了空间碎片移除技术发展的必要性和紧迫性,详细梳理了国内外空间碎片移除的主要技术手段,包括推移离轨、增阻离轨、抓捕离轨3类。推移离轨利用激光、离子束、太阳辐射等能量束作用于空间碎片,产生特定力的作用,使其离开原来的轨道,达到移除的目的。增阻离轨通过增加碎片的飞行阻力,降低碎片轨道高度,进而缩短碎片轨道寿命,使其在规定的时间内离轨再入大气。抓捕移除通过任务飞行器与空间碎片直接物理接触的方式来移除碎片。在此基础上,对比分析了各种移除手段的可行性,并针对几种近期可行的移除手段,分析了其涉及的关键技术问题,并提出了空间碎片移除技术的后续发展建议。     

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。     

中国三管齐下应对空间碎片

作为一个负责任的航天大国，中国高度重视“太空环保”，目前已逐渐形成监测预警、航天器防护和空间环境保护三大工程体系应对空间碎片问题，有效减缓了空间碎片的产生，得到国际社会好评。空间碎片是指人类在航天活动中产生的太空废弃物，也称“太空垃圾”。     

激光驱动典型几何形状碎片运动建模研究

在以往的激光烧蚀驱动移除空间碎片研究中,均假设激光光束覆盖整个所关注的空间碎片。文章提出了焦斑式激光辐照下球体、圆柱体和立方体碎片反喷冲量和运动姿态的计算模型,研究了激光辐照在3种形状碎片不同位置处所产生的反喷冲量和姿态变化规律。结果表明:碎片运动规律与碎片几何形状和激光作用位置有关,当反喷冲量过质心时,碎片获得平动冲量;不过质心时,则会改变碎片的角速度或姿态。研究结果可为激光移除空间碎片研究提供理论参考。     

我国空间碎片研究的进展情况与后续工作考虑

一、背景情况空间碎片是人类有意或无意丢弃在太空中的废弃物,是空间环境的主要污染源。由于空间碎片滞空时间相当漫长,碎片之间相互碰撞或爆炸又会产生新的、体积更小的空间碎片,从而加大了对空间飞行器特别是载人航天的潜在危害。因此,西方航天大国及俄罗斯等国家十分重视空间碎片研究。1993年,美国、俄罗斯、日本和欧空局发起成立了机构间空间碎片协调委员会(IADC)这一国际组织,以加强各成员机构间的交流,协调行动,控制空间碎片的产生,保护空间环境。二、参加机构间空间碎片协调委员会1995年6月,经国务院批准,我国以国家航天局的名义加…     

天基激光驱动空间碎片降轨效果仿真研究

在当前天基激光移除碎片方案设计中,通常采用k J级高能激光器、100 m/s大速度增量和简单降轨模型计算移除系统参数,然而k J级天基高能激光器尚未实现。文章基于目前实验室现有的J级激光器水平,参考现阶段碎片移除方案,针对特定区域的目标空间碎片,结合碎片轨道特性信息建立降轨模型,仿真研究目标碎片在低能量天基激光驱动下的运动过程和降轨效果,分析了影响目标碎片降轨效果的因素。对部署在500 km轨道高度的天基平台移除附近碎片的仿真结果表明,速度增量和降轨高度的变化具有累积效应,提高频率、增大有效作用距离等可延长激光烧蚀驱动时间,进而增强碎片降轨效果。分析表明,J级小能量激光器通过长时间的烧蚀,也可有效驱动和移除1~10 cm碎片。     

巨型小卫星星座对空间碎片环境的影响研究

随着航天技术的快速发展,高功能密度的小卫星技术也日趋成熟,并在国民经济和军事国防中发挥着越来越重要的作用,建设巨型小卫星星座已经成为当前航天发展的一个重要领域.然而大量小卫星入轨不仅造成轨道空间异常拥挤,而且对空间环境造成了巨大的威胁,严重影响了人类航天活动的正常开展,引起了业界和国际社会的广泛关注.分析当前巨型小卫星星座及空间碎片环境的现状和发展趋势,研究巨型小卫星星座对空间碎片环境演化的影响,对其进行参数化的评估,给出减缓或者治理小卫星带来的空间碎片问题的合理建议,不仅能够为空间碎片环境的治理提供一定的理论基础,而且有利于促进和规范巨型小卫星星座合理有序发展,保障太空安全和空间资源的可持续利用.     

巨型小卫星星座对空间碎片环境的影响研究

随着航天技术的快速发展,高功能密度的小卫星技术也日趋成熟,并在国民经济和军事国防中发挥着越来越重要的作用,建设巨型小卫星星座已经成为当前航天发展的一个重要领域.然而大量小卫星入轨不仅造成轨道空间异常拥挤,而且对空间环境造成了巨大的威胁,严重影响了人类航天活动的正常开展,引起了业界和国际社会的广泛关注.分析当前巨型小卫星星座及空间碎片环境的现状和发展趋势,研究巨型小卫星星座对空间碎片环境演化的影响,对其进行参数化的评估,给出减缓或者治理小卫星带来的空间碎片问题的合理建议,不仅能够为空间碎片环境的治理提供一定的理论基础,而且有利于促进和规范巨型小卫星星座合理有序发展,保障太空安全和空间资源的可持续利用.     

激光移除空间碎片过程的三维仿真与建模

基于轨道力学和激光与物质相互作用理论建立激光移除空间碎片的三维变轨模型。该模型利用激光站/卫星与碎片位置和速度矢量作为初始数据,通过设定激光参数,实时计算和更新速度增量矢量,能够真实地反映碎片的移除过程。该模型包括地基和天基两种类型,根据激光作用临界条件与降轨效果计算碎片的降轨过程,能够实时输出碎片轨道信息,图形化输出使结果更加直观。考虑到速度增量分量对轨道倾角的影响,该模型增加了碎片逃逸情况的判断。最后,利用该模型计算了地基/天基系统移除多种空间碎片材料的过程和效果,发现钢材料碎片移除难度最大,而移除多层绝缘材料的效率最高。     

第二届全国空间碎片专题研讨会召开

本刊讯作为发展中的航天大国,我国十分重视空间碎片问题,致力于空间碎片减缓和防护研究,积极推进国际交流与合作,并取得了一系列研究成果。2003年8月9～10日,国防科工委在上海组织召开了第二届全国空间碎片专题研讨会。来自财政部、国防科工委、中国科学院、航天科技集团公司、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、西北工业大学、北京理工大学、中国空间法学会以及军队有关单位和新闻媒体的近100名代表参加了会议。会议总结了自国家拨专项经费支持空间碎片研究以来我国空间碎片研究所取得的成就和经验。有关领导出席了研讨会并发表了重要讲话…     

防止外层空间环境的恶化

众所周知,外层空间是全人类共有的自然资源。然而,随着人类航天活动的日益发展,空间碎片在不断地增加,外层空间环境问题变得越来越严重。控制和减少空间碎片,保护外层空间环境不受污染,已成为世界各国的共同愿望。外层空间一旦被污染就很难加以治理,因为要从地球轨道上大量收集空间碎片并取回地面,无论从成本还是从技术难度上考虑困难都很大。     

如何应对空间碎片的威胁？

作为发展中的航天大国,中国十分重视空间碎片问题,致力于空间碎片减缓和防护研究,积极推进国际交流与合作。1995年6月,中国以国家航天局的名义加入了“机构间空间碎片协调委员会”（IADC）,开始了空间碎片领域的研究。今年5月12—15日,中国国家航天局将在北京主办IADC第32次会议。本刊特邀请中国科学院国家天文台专家刘静介绍空间碎片问题的国际环境及应对的最新进展。     

防止外层空间环境的恶化

众所周知，外层空间是全人类共有的自然资源。然而，随着人类航天活动的日益发展，空间碎片在不断地增加，外层空间环境问题变得越来越严重。控制和减少空间碎片，保护外层空间环境不受污染，已成为世界各国的共同愿望。外层空间一旦被污染就很难加以治理，因为要从地球轨...     

美科学家呼吁重视太空垃圾

两位美国航宇局科学家最近在《科学》杂志上撰文介绍了太空垃圾问题的严重性。地球轨道上现有9000余件空间碎片，未来几年只会有增无减，且尚没有有效而经济的清除方法。目前尺寸超过4英寸（约10厘米）的碎片有约5500吨。即使不再进行航天发射，碎片数量也会因碰撞和解体而继续增加。碎片最多的区域在885—1006公里高度之间．对载人航天威胁较小．但对商业和科研飞行及其它航天活动则有威胁。很大一部分碎片是因卫星特别是留轨火箭上面级爆炸解体产生的。根据美航宇局2004年的一份报告，俄罗斯是产生碎片最多的国家，美国紧随其后，其它来源有法国、中国、印度、日本和欧空局。     

我国启劝空间碎片研究行动计划

４０多年来，人类遗留在太空 轨道上的空间碎片日益增多，已 对航天器和地面的安全构成严重 威胁。为提高我国观测、规避空 间碎片的能力，控制空间碎片的 增加，我同开始启动车间碎片研 究行动计划。目前，该计划方案 在北京通过国防科工委组织的专 家评审。这个行动计划，是首次 由政府组织的、有计划的、全面 研究空间碎片并在控制空间碎片 的增加上尽到国际责任的国家计 划。 空间碎片，是天然陨星体和 人类航天活动留下的火箭、卫星 残骸等在空间形成的垃圾的统 称。目前，环绕在地球轨道上的 大小空间碎片已超过３５００万个， 在如此…     

空间碎片减缓标准研究

分析和研究了世界有关国家、国际组织机构已制定的空间碎片减缓方面的标准、文件和手册,并在此基础上,开展了航天行业标准《空间碎片减缓要求》的起草工作,介绍了该标准的编制原则、适用范围、标准结构和主要内容等。     

责任与经济双重契机下的空间碎片治理商业化运营初探

自1957年苏联成功发射第一颗卫星以来,人类航天活动得到了迅猛蓬勃发展,在促进人类社会进步和经济发展的同时,也在外层空间留下了数量巨大的大型物体、中小型碎片及微粒物质,而且这个数量一直随着航天活动的持续繁荣发展不断增大.如此数量巨大的空间碎片直接威胁到空间安全,对空间活动的可持续发展造成挑战.空间碎片的整治对空间的可持...     

英国出台首部《国家航天政策》

正2015年12月,英国政府公布《国家航天政策》(以下简称"政策")。这是英国的首部国家级航天政策,也是面向全球舞台统筹英国航天未来发展的第一次。政策的出台对统筹英国军民航天发展,促进"2030年航天经济总量占全球10%"目标的实现,提升英国在欧洲乃至全球航天的影响力和话语权,保障英国航天长远发展具有重要的意义。1.首部国家级航天政策出台的背景航天的重要地位愈发凸显。发达和发展中国家社会越来越依赖空间资产,将其视为国家重