美国DMSP-F13卫星解体事件对空间碎片环境影响分析

2015 年2 月3 日,美国DMSP-F13 卫星发生爆炸解体,产生了百余块编目空间碎片。该卫星解体碎片主要分布在轨道高度600～1200 km 范围内,其中近50%的编目碎片在轨寿命将超过20 年,会对未来空间碎片环境构成长期影响。结合我国空间碎片环境工程模型SDEEM 对DMSP-F13 解体事件的分析结果显示,此次解体事件造成邻近轨道区域内空间碎片空间密度增加,对该区域航天器安全运行产生影响。     

印度反卫事件分析

2019年3月27日,印度反卫星试验成为世人关注的焦点。结合相关公开资料对此次太空碰撞事件进行了分析研究,并利用本课题组的航天器解体模型碎片生成软件、碎片演化分析软件对该碰撞事件进行了情况再现和碎片演化分析,进一步验证了本课题组模型,分析了印度反卫星试验对空间环境造成的威胁影响。     

地球同步轨道卫星结构爆炸解体碎片的轨道仿真

为快速确定与预报卫星在轨爆炸解体产生的大量空间碎片的轨道,提出了一种基于ANSYS/AUTODYN、MATLAB、STK等多软件平台联合仿真分析卫星结构爆炸解体碎片运行轨道的方法。利用ANSYS/AUTODYN对典型薄壁圆柱模拟地球同步轨道卫星结构进行爆炸数值分析,得到碎片的数量、质量分布和速度特性信息。再利用MATLAB软件对卫星爆炸仿真得到的碎片参数进行处理,将处理后的数据导入到STK软件的通用摄动SGP4模型中,得出卫星爆炸碎片的早期轨道数据。最后对爆炸碎片的轨道分布、速度增量、轨道演化等进行分析。结果表明:该方法能满足大量爆炸碎片的轨道仿真要求,能有效提高碎片轨道信息转换效率,对目前难以跟踪的cm级以下碎片,也能提供相应的初始轨道数据,使用方便,通用性好。研究结果可为快速捕获卫星爆炸碎片,及时规避航天器碰撞风险提供参考。     

空间碎片防护研究最新进展

空间碎片对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁,对航天器的撞击事件频繁发生。随着空间碎片环境的日趋恶化,航天器的防护变得越来越重要。文章从空间碎片环境模型、撞击风险评估、航天器部件损伤、防护材料与结构的超高速撞击试验、撞击试验数据库建设、超高速发射设备、在轨撞击感知、机构间超高速发射设备交叉校验等方面对国内外空间碎片防护研究的进展进行了总结,并在此基础上给出我国未来空间碎片防护研究的发展建议。     

航天器解体模型研究综述

对国外航天器解体模型的发展历史、研究现状、数据来源、试验方法和关键技术等进 行了介绍与总结。其中着重介绍了目前使用比较广泛的NASA
EVOLVE4.0解体模型,以及针对此模型而开展的SOCIT4卫星碰撞试验。对国外目前的航天器 解体模型的优点和不足进行了分析,并对发展解体模型所涉及的关键技术,如超高速发射技 术、碎片软回收技术和碎片特性测量技术等进行了介绍。最后,对于在我国开展航天器解体 模型研究提出了建议。     

空间碎片减缓策略效果仿真

根据机构间空间碎片协调委员会(IADC)和欧空局(ESA)的空间碎片减缓要求,在建立航天发射、爆炸和碰撞模型,以及碎片演化机制的基础上,对常规发射(BAU)、禁止在轨爆炸(NO-EX)和全面减缓(MIT)三种空间碎片减缓策略条件下,对2000~2100年空间碎片环境进行了仿真计算。结果表明,禁止航天器在轨爆炸、对失效的卫星和火箭上面级实施离轨操作,以及在航天器的发射和运行中不产生或抛弃分离物等减缓措施是限制空间碎片数量增长的有效方法。     

航天器在轨释放安全性分析与仿真研究

针对航天器舱内在轨释放任务,文章建立了大型航天器与伴随卫星的动力学模型和运动学模型,并分析了影响释放安全性的主要因素;从保证航天器在轨安全的角度,得到描述释放安全性的最小相对距离计算方法,并利用ADAMS软件对航天器在轨释放过程进行了仿真研究。     

航天器在轨气体泄漏流场及声场特性仿真研究

航天器在轨运行安全受到空间碎片威胁,一旦发生泄漏必须及时发现与修补。泄漏流场及声场特性是声学泄漏检测的重要基础。为探究航天器在轨气体泄漏流场及声场特性,文章通过LES模型及Lighthill理论建立泄漏的流体动力学及声场模型,并进行仿真研究。针对不同孔径的漏孔,明确了泄漏模型的速度分布及声场特征,结论可为航天器在轨声学泄漏检测提供理论依据。     

国外卫星在轨操作系统发展分析

卫星在轨操作任务主要包括：在轨燃料加注、在轨模块更换、在轨发射、在轨空间碎片清除等。值得指出的是,在轨操作可以针对己方航天器进行,也可以针对敌方航天器进行。     

他山之石 可以攻玉——国外卫星在轨操作系统发展分析

卫星在轨操作任务主要包括在轨燃料加注、在轨模块更换、在轨发射、在轨空间碎片清除等。值得指出的是,在轨操作可以针对己方航天器进行,也可以针对敌方航天器进行。能够通过在轨加注延长航天器寿命,也可以利用交会对接和空间机械手技术将敌方航天器拖离目标轨道,具有巨大的商业和军用潜力。     

美国海基导弹拦截卫星任务的毁伤分析

基于经验模型和基本假设,研究了航天器撞击的解体特性,计算了碎片的尺寸分布、面质比分布和速度分布,考虑生存高度和大气阻力的影响计算了各种碎片的轨道寿命,提出了碎片留轨比例及数量的计算公式,分析了不同尺寸的碎片的留轨特性.结果表明:这次任务产生的碎片将快速坠毁,对空间环境的影响有限.分析结果可以作为参考,更准确的结果有赖于根据实际观测数据进行深入、详细的分析.     

Debris area distribution of spacecraft under hypervelocity impact

Cross-sectional area is an important parameter for spacecraft breakup debris as it is the directly measured data in space observation. It is significant for observing and analysing the spacecraft breakup event to accurately modelling the area distribution of the breakup debris. In this paper, experimental study has been performed on debris area distribution characteristics of spacecraft under hypervelocity impact. The tests are carried out at the ballistic ranges of CARDC. Aluminium projectiles are launched to normally impact the simulated spacecrafts at about 3.0 km/s. The simulated spacecrafts are made up of aluminium plates, filled with some simulated electronics boxes, each of which was installed with a circuit board. “Soft-catch” devices are used to recover the breakup fragments. The test results show that: 1) the relationship between the cross-sectional area and the characteristic length of debris, which can be obtained in the logarithmic coordinates by linear fitting, represents the debris shape characteristic in a certain extent; 2) the area-to-mass ratios of fragments show normal distributions in the logarithmic coordinates; 3) debris made of different materials can be distinguished by different peaks on the distribution curves; 4) the area-to-mass ratio distributions can be expressed by a linear superimposition of several normal functions which represent the main materials of the spacecraft.     

地球静止轨道卫星撞击解体的数值模拟

分析了地球静止轨道（GE0）环内的物体现状,引入美国家航空航天局（NASA）的标准解体模型,给出了卫星撞击解体算法,编写了数值仿真软件,仿真研究了GEO卫星撞击解体形成碎片的特征及其轨道分布。结果表明：撞击会产生大量碎片,对空间环境造成长期的严重危害。研究结果对分析卫星撞击解体特性、保护空间环境有一定的参考价值。     

无控航天器与空间碎片再入的工程预测方法研究现状

无控航天器、火箭末级以及空间碎片再入地球大气层后可能未烧尽,残存的小碎片高速撞击地面,对人类安全和生态系统构成极大威胁。提前预测其再入轨迹并采取预防措施能够有效降低地面风险。文章对无控航天器和空间碎片再入工程预测模型,包括航天器模型、动力学模型、气动热模型和烧蚀解体模型的研究现状进行跟踪与总结,也介绍了国内外有公开资料的工程应用软件,并讨论若干关键问题和进一步研究方向。     

Optical orbital debris spotter

The number of man-made debris objects orbiting the Earth, or orbital debris, is alarmingly increasing, resulting in the increased probability of degradation, damage, or destruction of operating spacecraft. In part, small objects (<10 cm) in Low Earth Orbit (LEO) are of concern because they are abundant and difficult to track or even to detect on a routine basis. Due to the increasing debris population it is reasonable to assume that improved capabilities for on-orbit damage attribution, in addition to increased capabilities to detect and track small objects are needed. Here we present a sensor concept to detect small debris with sizes between approximately 1.0 and 0.01 cm in the vicinity of a host spacecraft for near real time damage attribution and characterization of dense debris fields and potentially to provide additional data to existing debris models.     

Visualizing Impact Probabilities of Space Debris

We present a new method to assess and visualize the collision risk due to space debris for an orbiting spacecraft. It is based on a parameter space derived from Öpik's studies of close approaches between small Solar System bodies and the planets. By means of this representation, many useful insights into the dynamics of the overall debris population with respect to a selected target can be obtained. The method can also be applied to estimate the increase in impact hazard (e.g., for the International Space Station) associated to fragmentation events occurring on a specific orbit.     

一种基于非线性回归的载人航天器密封舱内在轨噪声分析方法

文章提出一种载人航天器密封舱内噪声非线性回归通用分析方法,可基于地面噪声试验测得的数量较多的数据样本和在轨噪声测试获取的少量数据样本,建立密封舱内位置–在轨噪声的数学模型。经验证该模型能够较为准确地拟合密封舱内在轨噪声水平,从而为开展载人航天器的降噪设计、优化噪声仿真模型和验证降噪措施效果提供数据支持。     

载人航天器密封舱内管路设备维修设计与验证

载人航天器密封舱内配置大量的气、液管路设备,实现管路设备的在轨维修,对于提高长期在轨飞行载人航天器的安全性及使用寿命具有重要意义。文章对某载人航天器再生生保管路设备在轨维修性进行了设计,经地面充分验证后,航天员在轨完成了管路设备维修操作,结果表明本文提出的管路设备在轨维修设计正确、有效,可为载人航天器其他在轨维修设计提供参考。