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...     

影响空间碎片环境的因素及对策

目前，外层空间的轨道碎片呈增长趋势，已经对航天活动构成威胁。自１９５７年发射第一颗人造地球卫星开始，迄今已经进行了约３４００次发射。大量卫星和末级火箭进入了外层空间，由于自然净化等作用，有些末级火箭和卫星已经被清除出空间。通过光学仪器和雷达的跟踪观测得知，在编目的２２０００个碎块中有１５０００个已经陨落。留在空间的约７０００个物体中，只有大约３５０个是工作卫星，仅为编目物体总数的５％。近１５年来，空间物体以每年１５０个的数目增长。未来的增长率将如何？是什么影响着空间碎块的增与减？有哪些措施可以控…     

空间碎片的空间密度算法研究

由于空间碎片的影响, 空间环境日益恶劣,有必要建立空间碎片环境工程模型对空间碎片撞击航天器进行风险评估.本文研究了空间碎片环境模型中的重要环节, 即碎片的空间密度问题,在统计理论与椭圆轨道理论基础上,分析及推导了空间碎片在空间中的分布状况及空间密度,并得出了碎片空间密度的空间坐标函数解析表达式.同时对引入假设条件的合理性进行了讨论,并利用双行元数据对结论进行了验证, 利用本文方法得出的结果与双行元数据吻合.     

空间碎片及其危害

围绕地球轨道的人造物体的数量日益增加,促使航天器的运行和飞行任务计划必须考虑到有碰撞的危险,特别对于载人飞行尤为重要。文内推演了空间碎片未来发展的情况和碰撞概率。空间飞行物体数目的进一步增长,必将导致和加快碰撞链式反应过程。     

空间碎片超高速撞击动力学建模与数值仿真技术

阐明了空间碎片超高速撞击数值仿真技术研究的目的、意义和国内外发展状况 ;重点论述了空间碎片超高速撞击数值仿真技术的主要研究内容、技术指标和具体实施途径 ,从而为研究的深入开展提供了技术依据和指导原则     

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...     

空间碎片能量转化利用技术

针对目前空间碎片问题,提出空间碎片发动机概念,立足于使用捕获到的空间碎片,转化为发动机可用的推进剂。在完成碎片清理目标的同时,获得可持续的动力来源,延长清理器的工作寿命。针对空间碎片制粉的方法进行研究,提出使用球磨仪对金属样本进行研磨。使用转刀式粉碎机对非金属材料进行粉碎。通过实验发现,多数粉末粒径达到微米量级。针对空间碎片粉末推进方式进行研究,提出使用静电加速推进方式对粉末进行加速。空间碎片发动机虽然起源于空间碎片清理任务,但是可持续的推进剂供应,也将为小行星探测等任务提供更好的思路。     

空间碎片将威胁人类安全

空间碎片将威胁人类安全１空间碎片对航天的影响据最新统计，目前在太空中约有３０００ｔ的空间垃圾，这些垃圾中差不多９５％以上是空间碎片，主要由运载火箭箭体、废弃的航天器和因卫星老化或热应力而与卫星分离的碎片组成。其尺寸大到数米的箭体，小到用雷达和光学望远...     

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.     

卫星发射对空间碎片环境影响分析

未来航天发射情况直接影响空间碎片环境,必须对其进行合理规划,以维护外空长期可持续发展.利用中国自主建立的空间碎片长期演化模型（SOLEM）,结合蒙特卡洛方法,量化分析了空间物体发射数量、发射质量、发射面积等因子对未来空间碎片环境的影响,进一步研究了大型星座造成的未来空间物体碰撞次数和碎片数量的增加.仿真结果可为合理规划未来的航天发射规模提供理论依据.     

带电粒子云的演变过程

根据带电粒子云从破碎点开始向空间扩散过程中粒子云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6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.分析了在各个阶段电磁场对带电粒子的摄动影响,比较了带电粒子云与不带电粒子云在演化过程上的差异.在球形阶段起主要作用的是分离速度,带电碎片之间的排斥力加快了碎片扩散的速度.从椭球形阶段到球壳形阶段,带电粒子和不带电粒子的演化规律基本一致.带电粒子的演化过程加快或减慢取决于粒子带正电或带负电.将电场摄动力等效于改变地球引力的大小,罗列了阶段转换标志点时刻的计算公式.利用计算机仿真的方法,给出了各个阶段不带电碎片云和带电碎片云分布示意图,验证了演变过程阶段划分和电磁场摄动分析的合理性.     

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.     

空间碎片减缓措施及其研究对策

随着人类空间技术的进步和发展 ,每年发射进入太空的人造天体越来越多。当这些人造天体失效后 ,由于目前人类对其缺乏及时有效的回收手段 ,随着时间的推移 ,堆积在太空中的废弃物将越来越多 ,总有一天人类再也不能向太空中发射任何人造天体。因此为了合理利用和保护有限的太空资源 ,则必须减少或清除太空垃圾。文章正是基于上述目的 ,在人类尚无有效回收手段的情况下 ,考虑利用现有的技术提出一些空间碎片的减缓措施 ,并在此基础上提出中国对空间碎片减缓应采取的对策     

The fast debris evolution model

The ‘particles-in-a-box’ (PIB) model introduced by Talent [Talent, D.L. Analytic model for orbital debris environmental management. J. Spacecraft Rocket, 29 (4), 508–513, 1992.] removed the need for computer-intensive Monte Carlo simulation to predict the gross characteristics of an evolving debris environment. The PIB model was described using a differential equation that allows the stability of the low Earth orbit (LEO) environment to be tested by a straightforward analysis of the equation’s coefficients. As part of an ongoing research effort to investigate more efficient approaches to evolutionary modelling and to develop a suite of educational tools, a new PIB model has been developed. The model, entitled Fast Debris Evolution (FADE), employs a first-order differential equation to describe the rate at which new objects ?10 cm are added and removed from the environment. Whilst Talent [Talent, D.L. Analytic model for orbital debris environmental management. J. Spacecraft Rocket, 29 (4), 508–513, 1992.] based the collision theory for the PIB approach on collisions between gas particles and adopted specific values for the parameters of the model from a number of references, the form and coefficients of the FADE model equations can be inferred from the outputs of future projections produced by high-fidelity models, such as the DAMAGE model.     

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.