卫星超高速撞击解体碎片特性的试验研究

为了研究超高速撞击下卫星解体碎片的分布特性,在弹道靶上开展了三次模拟卫星的超高速撞击试验。发射铝合金钝锥弹丸以3.2km/s~4.2km/s的速度撞击模拟卫星,对解体碎片进行回收、测量和统计分析,结果表明：碎片累积数量与碎片特征尺寸/特征质量在对数坐标系中基本呈直线关系,且碎片尺寸分布和质量分布在形式上和规律上具有高度相似性。通过数据拟合得到了碎片尺寸和质量分布的具体函数形式,分析了碎片质量分布与尺寸分布之间的内在关系。将试验结果与NASA标准解体模型进行了比较,讨论了两者的差别及其原因。
     

球形弹丸超高速撞击铝靶的分子动力学模拟

基于开源分子动力学程序LAMMPS建立球形铝弹丸超高速撞击铝靶的计算模型,模拟弹丸以10 km/s的速度超高速撞击单层靶、双层靶和半无限厚靶;获得了超高速碰撞靶板的物理过程及靶板损伤特性,与超高速碰撞宏观现象相似;厚靶成坑坑深与宏观经验公式计算结果基本一致。模拟结果初步表明,分子动力学方法可以对弹丸超高速碰撞薄靶和半无限厚靶进行模拟,为揭示碰撞过程中的微观机理提供了一种新的研究方法。     

代理模型在空间碎片碰撞概率分析中的应用

利用代理模型来高效计算空间目标之间的碰撞概率。碰撞概率计算的经典方法包括蒙特卡洛（Monte Carlo,MC）方法,以及基于速度线性化、位置误差服从高斯分布等假设,在相遇平面上对碰撞概率密度函数（高斯型）进行积分的方法。相较于MC方法要处理原轨道模型由大量重复仿真带来的计算量增长,代理模型针对输入变量的先验分布设计得到相应数学模型,不仅大大降低了单次仿真的计算时间,还减少了计算概率所需的仿真数量。代理模型去除了线性化假设等限制条件,对于碰撞概率密度函数可能呈现出的非高斯型特征也有很好的统计解释,其适用范围更广。本文结果表明,代理模型方法能够在大幅降低计算量的同时,保证对碰撞概率的估计较为准确。     

泡沫铝几何参数对填充式结构防护性能影响的数值模拟

 泡沫铝是一种新型航天器防护材料,拥有良好的抵御空间碎片超高速撞击的特性。模仿泡沫金属的生产原理建立了泡沫金属细观结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学(SPH)程序进行了超高速撞击数值模拟,研究了平均孔洞直径和孔隙率对填充泡沫铝结构防护性能的影响。结果表明平均孔洞直径对防护性能影响较大,总体而言平均孔洞直径越小则防护性能越好。孔隙率只在高速时才有较大影响,并且存在最优值。通过不同泡沫铝几何参数下碎片云特性的对比分析表明,使碎片云的法向动量越有效分散,结构的防护能力越强。     

一种基于雷达波束驻留模式的空间碎片轨道参数估计方法

利用窄波束的单脉冲精密跟踪雷达波束驻留模式进行碎片探测是空间碎片环境统计特征描述的一种重要途径。由于该模式观测弧段极短,且无法获取同一目标的多个弧段,因而利用常规定轨方法难以达到理想的效果。在圆轨道假设下,提出了一种利用波束驻留模式获取的单个极短弧计算碎片轨道高度和倾角的方法。首先利用碎片的距离确定其轨道高度;在此基础上,根据推导出的不同波束指向时碎片的距离变化率与轨道倾角的关系,得出其轨道倾角。该方法对于正南、正东指向的雷达波束驻留模式均适用,其中正南指向时还需利用方位角和仰角数据来区分轨道倾角与补角;但不适用于波束指向天顶的情况。仿真结果验证了方法的有效性。     

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.     

基于相控阵雷达波束篱笆的空间碎片数量与分布估计方法

随着载人航天与空间站等航天活动的增多,不能有效防护、也无法定期跟踪和编目的小尺寸(尤其是1～10 cm)碎片的危害越来越受到关注,这些碎片信息的获取依赖于统计采样技术.针对简化的相控阵雷达波束篱笆空间碎片探测模式,提出了一种采用统计技术估计空间碎片总数量以及高度和倾角分布的方法.将碎片穿越波束篱笆的过程用Poisson分布来建模,根据观测时段内穿越波束篱笆目标的平均到达率及测量的轨道高度和倾角数据来估计给定轨道高度范围或倾角范围内碎片的数量,进而得到碎片的总数量以及碎片数量随轨道高度或倾角的分布.在获取雷达散射截面信息时,该方法还可用于估计碎片数量随尺寸的分布.通过仿真实验验证了该方法的有效性.      

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.      

电动力系绳离轨系统关键技术简析

空间碎片引起的恶劣空间环境迫使人们研究低成本、高效率的离轨技术。文章对低地球轨道空间碎片清除技术之一——电动力系绳离轨技术的研究进行综述,首先介绍电动力系绳离轨系统的国内外研究现状,然后描述系统的动力学与控制的研究内容,预测系统离轨时间,详述系统离轨装置设计内容,最后对电动力系绳离轨系统未来的发展以及重点、难点做出展望。     

空间碎片目标在轨实时监测处理方法

针对现有地基空间碎片目标监测的实时性、有效性以及弱小目标探测能力等性能指标较低等问题,文章提出了一种空间碎片目标在轨实时监测处理方法。它是基于空间目标光学成像特性和高速信息处理技术为基础的碎片目标检测算法,建立计算精度误差模型,能有效降低硬件资源的同时,保障了空间碎片目标在轨检测和定位的实时性。在专用高速信息处理板上经卫星光学载荷数据验证了方法的可行性和有效性。该方法能够通过处理卫星载荷数据完成空间碎片目标的实时检测和定位,可为天基空间目标观测系统设计提供参考。