新型空间碎片清除平台发射诸元确定及仿真

对现有空间碎片主动清除技术进行分析,提出基于轻气炮载荷的GEO轨道空间碎片清除平台清除过程涉及的解固定速度增量拦截发射诸元问题。利用线性Hill的分析解建立命中方程组,将解非线性方程组问题转化为最优化问题,利用Matlab工具箱得到高精度的全局最优解。通过Matlab与STK互联进行了仿真验证,并对脱靶量的产生进行了分析,为新型空间碎片清除平台的可靠性提供了有力的理论支撑。     

应用地面电磁发射清除空间碎片方法

针对传统化学发射的空间碎片清除技术成本过高、难以实施的问题,提出应用地基电磁发射方式的空间碎片清除新方法。通过地面电磁发射的方式以低成本将射弹运送至空间,并通过释放空间微粒云团控制空间碎片离轨,进而实现对空间碎片的清除。由于取消使用占绝大部分成本的化学推进剂,所提出的应用地基电磁发射的空间碎片清除技术为空间碎片低成本清除提供了有效解决途径。     

地基激光辐照空间碎片降轨模型研究

针对激光空间碎片主动清除问题,研究了地基脉冲激光清除空间碎片的基本原理,分析了速度增量作用位置对降轨效果的影响,在此基础上建立了空间碎片降轨模型,通过案例仿真计算验证了模型的合理性。研究结果对地基激光空间碎片清除有一定的借鉴意义。     

泡沫增阻法清除空间碎片的喷射误差分析

泡沫增阻法是一种清除空间碎片的新方法。首先分析了该方法的使用范围和特点,建立了其运动学模型,提出了泡沫喷射误差的计算方法,研究了影响喷射误差的4种因素。在此基础上,分析了清除不同尺寸的空间碎片所允许的喷射误差。仿真结果表明,泡沫增阻法适用于清除尺寸为米级的空间碎片,提高卫星的轨道精度是减小喷射误差最有效的手段,并对所需的轨道精度提出了要求,为该方法的进一步深入研究和实施提供了参考。     

临近空间高超声速目标天基红外探测技术研究

目前试飞成功的临近空间高超声速飞行器已经成为潜在威胁,对临近空间高超声速目标的预警探测成为了新的研究方向。分析了临近空间高超声速飞行器的目标特性,以美国天基红外系统为参考对象,利用STK(satellite tool kit)软件和灵敏度估算,分析了天基红外系统对临近空间目标探测的适用性,提出了天基红外系统对临近空间高超声速飞行器预警探测需要关注和解决的问题。     

美军天基空间态势感知系统的新发展

<正>近年来,美军天基空间态势感知装备快速发展,与地基空间态势感知装备共同构建了"天地一体、全球覆盖、高低轨兼顾"的空间态势感知能力。这里着重从主要任务、发展历程、性能指标、部署情况等方面研究美军天基空间态势感知系统的发展。天基空间态势感知系统概况从20世纪90年代到21世纪初,美国实施了多项空间目标监视卫星技术试验项目,包括"中段空间     

美军天基武器装备的发展及启示

近年来,出于对空间优势地位潜在威胁的考虑,美军正加速推进空间控制战略,大力发展天基武器装备.介绍了美军天基武器装备的作战使命和发展历程,阐述了美军天基武器装备的类型及进展情况,最后给出了美军发展天基武器装备的若干启示.     

远程导弹飞行管道碎片数目统计方法

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。     

美国天基预警雷达系统发展

由于自身卫星平台的特殊性,天基预警雷达系统具有全天候、全天时、不受地域和领空限制、全球覆盖、主动探测、测量精度高、虚警率低等特点,可对弹道导弹、空间飞行器、空中或地面目标等多类目标实施预警,还可以实现大范围、多频次的对海监视,是国家级战略预警体系的重要组成部分。文章首先对美国天基预警系统的星座设计发展进行了简要介绍,然后详细阐述了美国空军L波段天基预警雷达和X波段天基预警雷达(SBR)的研究计划,分析了SBR项目取消的原因和天基预警雷达的关键技术,对我国天基预警雷达的研制具有借鉴意义。     

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。。     

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。     

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。     

Research and development on hypervelocity impact protection using Whipple shield: An overview

Whipple shield, a dual-wall system, as well as its improved structures, is widely applied to defend the hypervelocity impact of space debris (projectile). This paper reviews the studies about the mechanism and process of protection against hypervelocity impacts using Whipple shield. Ground-based experiment and numerical simulation for hypervelocity impact and protection are introduced briefly. Three steps of the Whipple shield protection are discussed in order, including the interaction between the projectile and bumper, the movement and diffusion of the debris cloud, and the interaction between the debris cloud and rear plate. Potential improvements of the protection performance focusing on these three steps are presented. Representative works in the last decade are mentioned specifically. Some prospects and suggestions for future studies are put forward.     

空间非合作目标捕获方法综述

随着空间事故和失效航天器的增多,地球附近的轨道资源越来越紧张。如今世界各国都在大力发展在轨服务和太空碎片清除,作为其中最关键的技术之一,空间非合作目标捕获近年来成了太空研究领域的重点。目前,国内外各大研究机构针对非合作目标进行了深入研究,并提出了多种捕获方法,取得了较大的进展。对非合作目标进行分类,基于现有的捕获方法介绍了国内外非合作目标捕获技术发展的最新状况,总结了原理方案,分析了捕获方法和关键技术,为我国后续开展相关研究提供了一种研究思路。     

填充式波纹夹层结构超高速撞击特性仿真

基于航天器空间碎片被动防护需求,对一种新型填充式波纹夹层结构进行超高速撞击仿真研究,分析超高速撞击过程以及结构的穿孔破坏情况和所形成的碎片云的特性,并与相同面密度Whipple结构进行对比。其撞击现象与Whipple结构相似,但其碎片云的头部速度小于Whipple结构,而径向膨胀最大速度和膨胀半角均大于Whipple结构。随撞击初速从3 km/s~10 km/s不断增大,波纹夹层结构的撞击穿孔尺寸变大,形状也更不规则。此外,结构中的填充树脂对碎片撞击能量的吸收贡献最大,后面板所吸收的能量所占比重较大,而前面板和波纹板对碎片撞击能量的吸收贡献较小。研究结果对空间碎片防护结构的设计具有一定的参考意义。     

Analysis of the stress wave and rarefaction wave produced by hypervelocity impact of sphere onto thin plate

Shock wave is emitted into the plate and sphere when a sphere hypervelocity impacts onto a thin plate. The fragmentation and phase change of the material caused by the propagation and unloading of shock wave could result in the formation of debris cloud eventually. Propagation models are deduced based on one-dimensional shock wave theory and the geometry of sphere, which uses elliptic equations (corresponding to ellipsoid equations in physical space) to describe the propagation of shock wave and the rarefaction wave. The “Effective thickness” is defined as the critical plate thickness that ensures the rarefaction wave overtake the shock wave at the back of the sphere. The “Effective thickness” is directly related to the form of the debris cloud. The relation of the “Effective thickness” and the “Optimum thickness” is also discussed. The impacts of Al spheres onto Al plates are simulated within SPH to verify the propagation models and associated theories. The results show that the wave fronts predicted by the propagation models are closer to the simulation result at higher impact velocity. The curvatures of the wave fronts decrease with the increase of impact velocities. The predicted “Effective thickness” is consistent with the simulation results. The analysis about the shock wave propagation and unloading in this paper can provide a new sight and inspiration for the quantitative study of hypervelocity impact and space debris protection.     

雷达空间目标识别技术综述

随着人类航天活动的增加,对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。为了实现空间监视任务,对空间目标进行识别是非常必要的。对空间目标的轨道特性与动力学特性进行了介绍,对雷达空间目标识别技术的研究现状和发展趋势进行了详细的综述。     

临近空间飞艇内部自然对流的流场特征仿真

针对临近空间飞艇,对其内部氦气的自然对流特征进行了数值模拟。采用计算流体力学方法,并利用自编的用户自定义函数将外部的温度边界条件导入壁面网格。在不同的稳态条件下,通过对内部氦气压力、温度、速度的分布等流场特征参数的研究,分析了临近空间飞艇内部气体自然对流的运动特性及其影响规律,并对自然对流非稳态变化过程进行了初步的探索。仿真结果表明,在临近空间环境下,飞艇内部氦气的自然对流,对于内部氦气自身的热交换具有一定程度的促进作用,而对蒙皮受力和结构安全性影响很小。