溅射物轨道演化分析及其碎片环境建模研究

摘要

溅射物是空间碎片的主要来源之一，也称为二级碎片，是由尺寸较小的空间碎片经超高速撞击航天器后反向溅射生成。溅射物属于小于1mm的微小碎片，所携带能量不足以穿透航天器表面，却可以对撞击点附近的航天部件带来累积撞击损伤，导致航天器表面材料退化，干扰光电探测信号，干扰电路通讯和产生电弧放电等。国外自上世纪90年代开始对溅射物的产生过程、溅射物对航天器的危害及溅射碎片环境工程建模进行研究，我国在最近几年也开始逐步开展微小碎片的研究，但研究方向相对单一，内容相对滞后。本文针对小碎片研究的开拓性需求，以溅射物为主要研究对象，采用数值仿真的方法建立溅射物的轨道演化仿真模型，开展溅射物轨道演化规律的研究，并在前人的基础上分析溅射物的空间碎片环境建模方法。
　　本文主要包括三部分内容：
　　首先，系统地调研了溅射物源模型、溅射物的轨道演化及建模的国内外研究状况，并在此基础上，提出了利用数值仿真和统计理论分析溅射物轨道演化规律及探寻工程建模方法的研究方案。
　　其次，介绍了MASTER-2009溅射物源模型，并分析了模型中各变量之间的关系，给出了各参数的选择范围；根据轨道动力学原理，综合溅射物自身特点，建立了轨道预报模型。
　　然后，建立溅射物演化模型，确定目标卫星的轨道参数、溅射物的特征参数和仿真时间；进行仿真实验，分别对不同参数条件下产生的溅射物云团进行计算，获得溅射物的演化数据；统计仿真结果，分析溅射物云团的演化规律，探寻演化过程与初始参数的关系。
　　最后，介绍溅射物空间建模的一般方法，并在上文仿真实验的基础上，结合国内空间碎片环境工程模型的研究现状，提出将溅射物纳入空间环境工程模型的新方法。

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目录

第1章绪论

1.1引言

1.2溅射物概述

1.3轨道演化概述

1.4研究现状分析

1.5本文主要研究内容

第2章 溅射物源模型及轨道预报模型

2.1引言

2.2溅射物模型

2.3轨道预报模型的确立

2.4本章小结

第3章 溅射物轨道演化仿真及分析

3.1 引言

3.2 坐标系的建立与变换

3.3 仿真模型参数设置

3.4 溅射物源模型采样分析

3.5 溅射物碎片轨道演化分析

3.6 本章小结

第4章 溅射物环境工程模型探究

4.1 引言

4.2 MASTER-2009溅射物工程建模分析

4.3 ORDEM3.0微小碎片工程建模分析

4.4 溅射物的空间碎片工程模式建模方法

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢