空间碎片对航天活动的威胁日益严峻

近五年来,几次碰撞和解体事件使得空间碎片数量急剧增加,尤其是低轨道区域,数量增加已经超过50%,造成航天器在轨碰撞概率大大升高空间碎片是在轨运行或再入大气的无功能的人造物体及其残块和组件。目前在轨的空间碎片占所有在轨物体的95%。截至2013年10月,在轨空间碎片数量达到16134个。空间碎片的影响及危害空间碎片和航天器的平均撞击速度是每秒10公里,厘米级以上的空间碎片可导致航天器彻底损坏,其破坏力之大几乎无法防护,唯一的办法是躲避。     

定时拦截在轨拦截器机动轨道设计与优化

在满足对目标卫星在指定时间进行拦截的要求下,考虑拦截器变轨能量消耗最省,提出了基于定时拦截的在轨机动拦截轨道选择与优化方法。该方法能够迅速设计和优化出最优在轨机动拦截轨道、变轨点位置和变轨所需的能量。仿真结果表明,模型准确、有效,能够满足作战要求。     

基于空间碎片环境的导弹空间飞行安全分析

针对导弹空间飞行环境的日益恶化,为了分析空间碎片对远程弹道导弹空间飞行安全的影响,分析了导弹弹道和空间碎片预测模型,建立了基于数值法的远程弹道导弹与空间碎片碰撞预警模型,通过仿真分析了空间碎片对远程弹道导弹飞行安全的影响.仿真结果表明,空间碎片对远程弹道导弹空间飞行安全具有潜在的威胁,研究结果可为导弹飞行安全预警和导弹发射窗口选择提供一些借鉴.     

空间碎片碰撞风险评估模型及其应用

以现有的空间碎片环境模型为基础,建立了一套空间碎片风险评估模型。该模型包括空间碎片环境、航天器有限元建模、几何遮挡处理以及碰撞概率计算四个模块。为了验证风险评估模型的精度及有效性,针对机构间空间碎片协调委员会指定的三种标准工况,将该计算结果与国内外已有的风险评估模型的计算结果进行比较,验证了风险评估模型的正确性。利用开发的风险评估模型,对立方体航天器遭遇空间碎片碰撞风险进行仿真评估与分析,给出了轨道高度、倾角以及航天器自身的姿态参数对航天器遭遇空间碎片碰撞风险的影响特性。     

点目标防御武器配系部署规划

针对点目标的战略防御问题,根据不同的作战想定设定单方向威胁的来袭目标和扇形威胁的来袭弹道导弹2种作战场景,对来袭的弹道导弹实施中段拦截。依据选定的拦截弹的特性以及来袭弹道导弹的特性,建立了拦截弹的空间杀伤区,以及对地面资产的防护区和防护角模型,并建立了2种场景防御体系下的武器阵地部署模型,并以综合拦截效能,对地面资产的防护角,以及部署费用等指标对模型进行了优化分析。通过具体的算例验证了部署模型方法的有效性。研究成果对中段反导作战应用具有一定的参考价值。     

基于导弹空间飞行的空间碎片筛选方法研究

随着空间活动的日益频繁,空间碎片的数量也与日俱增,给远程弹道导弹的空间飞行安全带来巨大威胁。针对空间碎片数目繁多,为了快速进行导弹空间飞行安全预警和发射窗口选择,根据远程弹道导弹空间飞行特点,提出了适用于导弹与空间碎片碰撞预警的空间碎片筛选方法,并通过仿真计算证明了该筛选方法的科学性和合理性,该筛选方法可提高导弹空间飞行安全预警效率并缩短预警时间。     

“女娲”计划:面向地球静止轨道的在轨服务系统

地球静止轨道(GEO)因其良好的轨道特性,在人类航天活动中扮演着重要的角色。随着GEO资源的日益紧张,GEO碎片的清理工作刻不容缓。针对GEO带的空间碎片清理,提出了名为"女娲"的GEO在轨服务计划,利用在轨回收、3D打印、在轨组装等关键技术,实现基于空间碎片的在轨制造能力,并从任务需求、任务使命、任务流程、系统组成以及卫星系统概念设计等方面,对"女娲"计划进行了系统分析。     

大椭圆轨道航天器编队飞行相对运动分析

大椭圆轨道航天器在较长轨道周期内运行于远地点上空,因而该轨道多应用于卫星通信、天体观测、空间磁场探测等。上述空间任务所需的多航天器协同运动理论亟待解决。利用运动学方法推导了大椭圆轨道编队的相对运动模型,简要证明了实现长期近距离编队的必要条件,分析了相对轨道根数对线性化模型精度及其动力学特性的影响。仿真结果表明,相对运动模型在轨道远地点处精度较高,适当选择相对轨道根数可设计出满足任务要求的编队轨道。     

弹道导弹中段机动突防制导律研究

针对弹道导弹飞行中段的突防制导问题,首先建立了弹道导弹飞行中段机动突破EKV拦截的仿真模型;其次,基于微分对策求解出最优追-逃策略,并以此确定了弹道导弹机动突防制导律;最后,通过仿真对该制导律的突防效果进行了验证,并探讨了机动起始时间对拦截脱靶量的影响.仿真结果表明,合理地选择机动起始时间,拦截脱靶量可达10 m以上,能有效突破EKV拦截.     

基于相对轨道根数的几种大椭圆轨道编队构形

大椭圆轨道航天器在较长轨道周期内运行于远地点上空,可以实现高纬度地区长时间的通信和预警,具有重要的军事应用价值.大椭圆轨道编队飞行可实现空间磁场探测、信息干扰等特殊空间任务.有必要研究大椭圆轨道的多航天器协同运动理论.完善了以相对轨道根数为变量的大椭圆编队相对运动模型,分析了模型的误差.推导并证明了几种特殊的伴随星相对运动轨迹:直线、圆、椭圆,给出了两颗以及三颗卫星形成特殊编队构形的条件.仿真结果表明,在二体条件下,对近距离大椭圆轨道航天器的相对运动,编队具有较高的精度.论文研究结论可为大椭圆轨道航天器编队构形初步设计提供理论指导.     

基于核主成分分析的铁谱磨粒特征提取方法研究

针对铁谱分析的磨粒识别过程中存在原始磨粒特征描述指标参数多、非线性突出的问题,提出基于核主成分分析的磨粒特征提取方法,介绍该方法的原理与算法。结合某柴油发动机故障检测与分析系统中铁谱磨粒自动识别的应用实例,并与传统主成份分析方法进行对比分析,结果表明该方法在进行样本非线性特征参数指标综合以及特征维数压缩方面具有可行性和有效性。     

高速/超高速碰撞效应研究

高速/超高速碰撞会产生大量破片,并伴随闪光、等离子体等现象.高速碰撞材料受冲击产生射流及破片高温会引起碰撞闪光现象,获得了碰撞等离子体电磁场强度的变化规律.采用数值仿真与理论分析相结合的方法,获得了高速碰撞破片云团分布规律.     

Survivability assessment of spacecraft impacted by orbit debris

To help optimize the spacecraft design and reduce the risk of spacecraft mission failure, a new approach to assess the survivability of spacecraft in orbit is presented here, including the following three steps:1) Sensitivity Analysis of spacecraft. A new sensitivity analysis method, a ray method based on virtual outer wall, is presented here. Using rays to simulate the debris cloud can effectively address the component shadowing issues. 2) Component Vulnerability analysis of spacecraft. A function"Component functional reduction degree — Component physical damage degree"is provided here to clearly describe the component functional reduction. 3) System-level Survivability Assessment of spacecraft. A new method based on expert knowledge reasoning, instead of traditional artificial failure tree method, is presented here to greatly improve the efficiency and accuracy of calculation.     

主成分分析在铁谱磨粒识别中的应用研究

介绍了主成分分析(PCA)基本原理与算法,提出了主成分分析用于铁谱磨粒识别的基本思路和方法,给出了具体的应用步骤,并通过实例对基于主成分分析的铁谱磨粒识别方法有效性进行了分析和验证,结果表明,该方法在减少铁谱磨粒识别工作量和提高识别准确率方面效果良好。     

超高速碰撞形成一次碎片云特性

对超高速碰撞数值模拟方法进行了讨论.采用ANSYS/AUTODYN程序的SPH方法,对球形弹丸超高速撞击时弹丸的破碎、碎片云的形成及扩展过程进行数值模拟,其结果与实验结果进行比较,并验证了计算方法和模型参数的正确性.在此基础上采用数值模拟方法,对钨合金、轧制均质装甲及LY12铝三种材料的球形弹丸超高速撞击靶板之后形成的一次碎片云形貌及演化规律进行了研究,并基于量纲分析方法得出了碎片云特征参数(碎片云头部速度、径向最大膨胀速度及膨胀角)随初始撞击条件的变化规律。     

空间碎片天基主动清除技术发展现状及趋势

随着国内外航天发射任务逐年增多,大量在轨滞留的失效航天器将成为未来空间资源有效利用所面临的一个严峻挑战。空间碎片天基主动清除技术是从根源上对空间资源化利用与安全处置的措施,将提升和加强近地空间的可持续循环利用。本文明晰了空间碎片天基主动清除的概念,分析了空间碎片天基主动清除技术的发展历程,提出了其发展过程中面临的非合作目标相对导航、协调控制和捕获方式及装置等主要问题,为我国空间碎片天基主动清除技术的发展提出了有益参考。     

SPH算法在超高速碰撞数值模拟中的应用

采用大型动力学软件Ls-dyna中的SPH求解器,对球形弹丸超高速碰撞靶板的过程进行数值模拟。给出由于碰撞速度不同,而引起的不同的碎片云图像,以及不同的靶板破碎孔的尺寸。同时模拟了入射角度不同,而得到不同的超高速碰撞物理过程。初步分析结果表明数值模拟结果是合理的,较清晰地模拟了超高速碰撞下碎片云的生成、膨胀过程。另外,通过数值模拟结果与实验结果的比较分析,表明SPH方法得到的结果能描述相应的超高速碰撞现象。所以采用SPH算法针对超高速碰撞物理过程进行数值模拟是可行的。     

远程导弹飞行管道碎片数目统计方法研究

摘 要：针对空间碎片数及分布,根据远程导弹飞行散布统计规律,提出一种统计导弹飞行管道内碎片数目的方法,即利用空间碎片模型数据,求出部分区域碎片数目密度随高度变化关系,构造导弹空间飞行管道,将数目密度函数在导弹飞行管道内积分,从而得到管道内碎片数目的期望值,量化评估了导弹与空间碎片的碰撞风险。仿真结果表明,远程导弹与空间碎片的撞击风险数量级为10-7,而飞行管道内碎片数目数量级为10-2,表明空间碎片已威胁到远程导弹的安全飞行。     

基于ABM方法的空间碎片网捕体系结构建模

空间碎片网捕是一种新型的空间碎片清理方式。首先介绍了基于活动的建模方法(ABM)以及进行体系结构建模的流程,之后基于系统的基本工作流程,使用System Architect软件对空间碎片网捕任务的体系结构进行了可视化建模,得到了典型的作战视图,并进行了任务流程的仿真;对理解空间目标网捕系统的功能、研究空间碎片网捕任务的流程,提出系统构建需求具有一定的参考价值。。     

Investigation on the spatial distribution characteristics of behind-armor debris formed by the perforation of EFP through steel target

The behind-armor debris (BAD) formed by the perforation of an EFP is the main damage factor for the secondary destruction to the behind-armor components. Aiming at investigating the BAD caused by EFP, flash X-ray radiography combined with an experimental witness plate test method was used, and the FEM-SPH adaptive conversion algorithm in LS-DYNA software was employed to model the perforation process. The simulation results of the debris cloud shape and number of debris were in good agreement with the flash X-ray radiographs and perforated holes on the witness plate, respectively. Three-dimensional numerical simulations of EFP's penetration under various impact conditions were conducted. The results show that, an ellipsoidal debris cloud, with the major-to-minor axis radio (a/b) smaller than that caused by shaped charge jets, was formed behind the target. With the increase of target thickness (h) and decrease of impact velocity (v₀) and obliquity (θ), the value of a/b decreases. The number of debris ejected from target is significantly higher than that from EFP. Based on the statistical analysis of the spatial distribution of the BAD, An engineering calculation model was established considering the influence of h, v₀ and θ. The model can with reasonable accuracy predict the quantity and velocity distribution characteristics of BAD formed by EFP.