空间碎片

摘要： 空间碎片问题日益严重,需要对其进行常态化监测。光学观测作为重要的监测手段,需要依靠快速的光学图像处理技术,采用天文定位方法得到空间碎片的赤经赤纬测量信息。星图识别是天文定位的关键步骤,直接影响着图像处理的速度和结果精度。本文提出了一种改进的基于模糊决策的快速星图识别方法,在保持快速处理的情况下提高了星表匹配的准确性。利用新疆南山站25 cm望远镜的图像对该方法进行了测试,取得了良好的效果,证明了算法的有效性和稳定性。

摘要： 针对传统二次滤波算法在空间碎片激光测距微弱信号实时识别中表现出误检率高的问题,基于空间碎片激光测距回波信号时间相关性的特点,本文提出采用一次滤波和线性拟合相结合的方法,顾及微弱信号实时识别的搜索代价与识别精度,实现了空间碎片激光测距微弱信号的实时识别。利用空间碎片激光测距实测数据进行了算法验证,结果表明:本文提出的激光测距微弱信号实时识别算法能够快速准确提取空间碎片的微弱信号,误检率由原来的5.72%降低到0.12%,漏检率由原来的0.77%降低到0.34%,对提高空间碎片的探测成功率具有重要意义。

摘要： 低成本、可自主展开的气球卫星是未来卫星技术的应用方向之一,而日益增多的空间碎片是低轨航天器,包括气球卫星所面临的主要威胁之一。为满足气球卫星的生存力分析以及在轨被撞击产生空间碎片的评估需求,开展球形气囊超高速撞击试验与仿真研究,获得了不同材质气囊的撞击损伤特性,并初步揭示弹丸贯穿球形气囊过程的破坏细节以及碎片云团特性,可为空间碎片撞击气球卫星的碎片化特征分析提供支撑。

摘要： 高性能纤维织物承力层承担充气舱的内压载荷,并为充气舱提供空间碎片防护。充气舱内压载荷将导致纤维织物承力层产生预张力,并对纤维织物的空间碎片超高速碰撞特性产生显著影响,从而影响其空间碎片防护性能。为分析预张力对纤维织物超高速碰撞过程中热-力学特性的影响,采用Johnson-Cook强度模型和Mie-Grüneisen状态方程建立了纤维材料热-力耦合材料模型,利用有限元法-光滑粒子流体动力学耦合算法对纤维织物的纱线编织结构进行离散建模,并通过施加张力载荷实现纤维织物靶板的预拉伸,进而建立了预张力纤维织物超高速碰撞数值模型,分析并得到了预张力作用下纤维织物超高速碰撞热-力学特性及空间碎片防护性能。结果表明:在弹丸超高速碰撞下,随着预张力的提高,纤维织物穿孔面积增大,碎片云扩散角减小,弹丸动能吸收率降低,碰撞区域温度降低。预张力的存在显著降低了纤维织物的空间碎片防护性能。

摘要： 空间可展天线在轨运行时可能会受到空间碎片的高速撞击,为研究天线支承结构受高速撞击时的动力响应特性,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了大口径模块化空间可展天线支承结构撞击动力模型。基于已有网壳结构的高速撞击试验,验证撞击模型的有效性。经与显式动力模型计算结果对比验证,提出了一种有效的撞击动力分析等效模型,分析了不同撞击位置和不同撞击速度参数对天线支承结构的撞击动态响应、破坏模式及关键杆件和整体结构变形性能的影响。结果表明:撞击点越靠近结构形心,撞击影响区域越大;高速撞击时破坏模式均为撞击区域小局部凹陷或击穿,结构整体稳定性较好;天线结构的最大变形通常发生在撞击点处,最不利撞击点为离约束最远端结构边缘,应对该处采取安全防护措施;随着撞击速度由高速增至超高速,撞击点处结构整体变形增大,但撞击响应区域呈先增大后减小趋势;撞击速度20 km/s时被撞击杆件快速发生冲剪破坏,整体结构变形区域最小。

摘要： 针对空间碎片高精度探测、监视的需求,利用对流层、电离层参数模型,在研究分析折射效应对UHF频段雷达空间碎片探测精度影响效果的基础上,提出了一种基于单站GNSS电波环境遥感及折射误差的修正方法,并利用外场实测数据验证了修正精度。试验结果表明:该方法可有效修正电波环境引起的折射误差,提高空间碎片探测精度,可为避让、清除空间碎片提供技术支撑。

摘要： 随着大型小卫星星座热潮的到来,航天发射次数和在轨卫星数目以及空间碎片的数量都将急剧增长,这对航天飞行安全和航天活动可持续性构成的威胁不容忽视。在航天活动中积极采取空间碎片减缓措施,是遏制空间碎片数量增长、保持外空环境洁净、维护航天活动长期可持续发展的重要途径。本文介绍了大型星座的发展背景及减缓措施研究情况,讨论了机构间空间碎片协调委员会(IADC)针对大型星座的最新空间碎片减缓要求,以及当前国际大型星座运营商针对其星座采取的空间碎片减缓措施,并对大型星座必须重点考虑的减缓措施提出了建议。

摘要： 目前,外太空正在变得越来越拥挤,空间碎片的“凯斯勒效应”给未来空间事业带来的损害可能是毁灭性的。近年来,世界许多航天大国致力于空间碎片移除技术的研究,并逐步由理论研究走向工程实践。空间碎片移除已经受到越来越多航天国家的重视,也是各个国家义不容辞的责任。但是空间碎片移除涉及诸多法律问题,尤其是国际法问题。目前尚无专门针对空间碎片主动移除问题的国际法律文件,现行有效的国际空间法条约主要包括《外空条约》《营救协定》《责任公约》《登记公约》《月球协定》。

摘要： 为提高航天器空间碎片防护结构的防护性能,减小其发射体积,提出了一种可折叠发射的屏间充气展开式多屏防护结构,通过充气展开支撑管在轨充气展开,成型为多屏大间距防护结构。分析了展开式多屏防护结构的空间碎片防护性能,得到了屏间距对多屏结构防护性能的影响规律。结果表明:在相同面密度下,展开式多屏防护结构的防护性能显著优于单屏防护结构,且其防护性能随屏间距的增大而提高。

摘要： 为研究一种改进型的波阻抗梯度材料防护结构Ti/Al/Mg结构的撞击极限,采用二级轻气炮以3.0~8.0 km/s的速度对Ti/Al/Mg结构、Al/Mg结构和2A12结构开展了超高速撞击实验,建立了Ti/Al/Mg结构的撞击极限曲线。结果表明:高阻抗的钛合金表层能产生更高的冲击压力和温升,使弹丸充分破碎;在面密度相同的条件下,与Al/Mg结构和2A12结构相比,Ti/Al/Mg结构具有更强的防护性能。通过理论计算得到Ti/Al/Mg结构撞击极限曲线的区间转变速度小于7.0 km/s,但其实验撞击极限曲线上并未出现明显的区间转变,在实验速度范围内,撞击极限随着撞击速度的提升而增大,这与典型Whipple结构撞击极限曲线存在差异。

摘要： 随着空间碎片数量的不断增加,空间碎片研究逐渐成为各国研究的重点之一.本研究以WOS(Web of Science)中收录的论文为研究对象,以Citespace文献计量软件为工具进行可视化网络图谱的构建,划分出了空间碎片研究的各个阶段.以空间碎片研究对象的变化为依据,将空间碎片研究各个阶段的特征概括为认识、仿真和控制.在此基础上结合学科发展的一般规律,提出了下一阶段研究方向变化的设想.并利用关键词聚落、机构间合作网络等图谱的分析对空间碎片的研究现状进行探究.关键词聚落图谱的分析结果表明当前空间碎片研究的热点集中于空间碎片清除,包括捕获式清除、消融式清除、离轨式清除三种方法;而机构间合作网络图谱的分析则呈现出了美日两国在空间碎片研究领域具有高度合作性的情报信息.

摘要： 轨道误差传播研究在空间碰撞风险分析、任务规划等空间态势感知领域具有重要作用.轨道误差常用误差协方差矩阵表达,其传播方式主要有线性传播模型与非线性传播模型两种.线性传播模型通过状态转移矩阵外推初始协方差矩阵,计算快速,但因将高度非线性化的轨道动力学问题线性化描述,导致传播精度随时间快速降低.非线性传播模型精度高但计算慢,难以进行大规模碎片群的轨道误差传播.在轨道误差传播特性分析的基础上,提出了一种获得较为真实的空间碎片轨道预报误差的方法,分3步进行:初始协方差矩阵的构建、初始轨道协方差线性传播以及基于实测数据对轨道预报协方差的动态校正.经大量案例统计分析,结果表明,校正后的轨道预报协方差,相较于线性传播结果,精度提高了60％以上,可服务于空间碰撞风险分析等高精度空间任务.

摘要： 大型空间碎片的增长严重威胁着空间环境的安全稳定,对其进行回收处理是保证空间环境可持续利用的重要措施,但对废弃卫星、火箭末级等高速运动的大型空间碎片进行直接捕获存在很大的碰撞风险.本文根据机械冲击式主动消旋的特点,提出了一种冲击位姿计算方法.在空间碎片运动状态已知的情况下,基于矢量合成方法在空间碎片表面上搜寻合适冲击位置.建立空间碎片机械冲击主动消旋的动力学模型,计算空间碎片不同位姿状态的冲击位姿,并分析冲击后的角动量变化规律.结果表明,在冲击点满足形成力偶矩的条件下,多点机械冲击可有效减小空间碎片的角动量.研究成果对于发展机械冲击主动消旋方法,提高大型空间碎片捕获效率具有重要意义.

摘要： 本文对比了目前国内外主要的航天器风险评估软件,分析了各软件的优缺点,提出一种基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估方法,给出了空间碎片环境下影响航天器生存力的关键因素和建模方法.阐述了基于虚外墙法的航天器敏感性分析方法和航天器易损性分析方法的具体方案,重点分析了导致航天器功能型部组件功能降阶的分析方法,提出建立部件的效能衰减与物理毁伤程度的衰减函数来表征功能型部组件功能降阶的办法,并给出了射线法模拟碎片云的具体方法,提出了一种基于专家知识推理的系统生存力评估方法.

摘要： 自1957年苏联第一颗人造地球卫星升空以来,截止到2017年年底,人类共进行了5000余次航天发射活动,把6000余颗航天器送入地球轨道.作为航天活动的副产品——运载工具产生的喷射物和抛弃物、失效的航天器、空间物体爆炸/撞击形成的碎片等被滞留在地球轨道上,形成了大量的空间碎片.日益增长的空间碎片已经严重影响到人类正常的航天活动,严重威胁着在轨航天器的安全运行.目前,世界各航天大国仍将空间碎片视为垃圾,在处理方法上其主要聚焦点均放在对空间碎片的轨道移除操作上,其实质是通过消耗大量的资源将空间碎片从目前人类可利用的空间位置移至人类暂时无法利用的位置,并没有做到对空间碎片的彻底清除.若把这种“传统”的空间废弃物以高科技、高效率的方式转变为非传统的空间资源,不仅可以实现空间碎片的再资源化或循环利用,而且也将成为未来空间设施建造与维护过程中资源长期供给的有效途径.

摘要： 在现有地基空间环境探测手段中,非相干散射雷达(Incohorent Scatter Radar,简称ISR)是迄今为止最为强大的探测手段,其具有探测功能强、参量多(多种场和粒子成分)、精度高、分辨率好、高度范围覆盖大等众多优点,在空间环境探测中占有主导地位.ISR探测高度超过2000km,其功率孔径积较大,可用于空间碎片的监视.本文介绍了利用三亚ISR探测空间碎片的基本理论、处理方法、系统设计,对雷达的关键技术进行了分析.最后给出了仿真结果.

摘要： 空间碎片超高速撞击航天器防护屏形成碎片云,其中大碎片的质量、动能最大,对航天器内部结构的损伤威胁最大.建立大碎片的识别方法,可得到大碎片的质量、速度等特征参数,对航天器内部结构的损伤评估及防护具有重要意义.

摘要： 研究了超高速撞击和空间紫外/质子辐照联合效应对于聚酰亚胺薄膜在损伤行为的影响.采用激光驱动飞片装置对于聚酰亚胺薄膜进行了超高速撞击;将撞击后的薄膜材料分别进行真空紫外/质子辐照;利用扫描电镜检测空间辐照前后撞击损伤区域薄膜材料的损伤形貌,进而分析联合效应对于薄膜材料的力学性质及损伤特性的影响.结果表明,质子辐照会使得撞击样品颜色变暗、形状发生卷曲,质子辐照面表层材料变脆、剥离,径向裂纹尖端容易诱发次生裂纹;真空紫外辐照下薄膜材料的宏观形态及微观损伤形貌没有出现明显变化.

摘要： 2019年3月27日印度发射PDV-MkⅡ导弹,在280公里的高度拦截了该国于今年一月发射的一颗名为"Microsat-R"的卫星.解体事件轨道高度274km,生成的空间碎片对邻近轨道空间碎片环境产生一定影响.针对此类突发事件的不确定性,我国空间碎片环境工程模型SDEEM2019(Space Debris Environment Engineering Model2019)设置用户接口,可对用户自定义碎片群的空间碎片环境影响进行分析.本文以Microsat-R解体事件为例,对SDEEM2019解体事件分析接口进行介绍.

摘要： 借助空间碎片监测重大项目，国家航天局空间碎片监测与应用中心、国家天文台、山东大学拟联合在昆榆山脉圣经山地区建立空间碎片监测标准示范站，计划建设设备包括一台2.5米的望远镜，可同时开展天文观测研究。

摘要： 本发明一种大型充气式防逃逸空间碎片清理装置及空间碎片释放方法，属于航天领域；该装置包括夹持端、收纳箱箱体、单向门和开关门；收纳箱箱体为两端开口的充气式腔体结构，通过其外周面设置的夹持端与服务航天器机械臂的末端臂连接；单向门和开关门分别同轴固定于收纳箱箱体的两端开口处，作为空间碎片的收纳入口和释放出口；单向门密封安装于收纳箱箱体的的收纳入口处；开关门为由电机驱动的抽绳式收口结构，通过控制系绳的收紧与释放并辅以气囊的收缩与膨胀，实现开关门的开合状态转换。整个装置轻质可折叠，降低了对火箭整流罩尺寸和火箭最大运载能力的要求，从而可大型制造和发射，能收纳大型空间碎片，清理对象范围广且收纳箱箱体容量大。

摘要： 本发明公开了一种空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法，该装置包括：运载机构、伸缩机构、同步转盘和柔性抓捕机构；运载机构，用于机动至与目标碎片轨道同步；伸缩机构的一端插入并限位于运载机构内，且可转动设置，另一端与柔性抓捕机构连接；同步转盘可转动地设置在运载机构的一侧面上，且同步转盘套装在伸缩机构上用于带动伸缩机构转动；柔性抓捕机构用于抓捕目标碎片，且与目标碎片之间为柔性接触。本发明的空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法，可以带动柔性抓捕机构与目标碎片的同步转动，便于捕获旋转中的空间碎片。可以对不同外形的空间碎片进行捕获，且不易产生碰撞，适用范围较广，稳定性和安全性较高。

摘要： 本发明公开了一种基于空间折叠机械臂的空间碎片消旋方法，应用于处于预定轨道的空间机器人平台；本发明的方法为首先完成与待抓捕空间碎片的逼近；测出空间碎片的转动惯量主轴；使用带有粘附材料的末端器粘附抓捕空间碎片；通过展开可折叠机械臂，使空间机器人平台和空间碎片之间的距离增加，提高整个组合体的转动惯量来进行消旋；借助空间机器人平台上的喷气姿控系统进行进一步的消旋；最后收紧机械臂，回收空间碎片；本发明能够对空间碎片进行安全的接触式消旋处理，此外，通过展开可折叠机械臂能够提高喷气力消旋的力臂，可减少能源消耗，本发明可用于空间碎片的消旋和回收，也可用于其它旋转目标的消旋及控制。

摘要： 本发明公开了一种基于惯性空间的空间碎片检测方法，包括以下工作步骤：图像背景估计；星象扫描及二维平面坐标归算；三维空间向量归算；背景恒星剔除；空间碎片检测。本发明摒弃了依赖二维平面坐标满足给定门限剔除恒星星象的流程，只依赖背景恒星和空间碎片星象在惯性三维空间的运动规律不同（相邻帧恒星在惯性空间的向量基本重合或者其对应的赤经和赤纬基本不变）剔除背景恒星的星象，实现了望远镜不同观测模式下的空间碎片检测，特别适用空间碎片跟踪不稳定情形。本发明能够根据给定的检测门限，灵活地采用多帧CCD图像，对图像上比恒星视运动速度快的非恒星目标进行检测，降低亮恒星等因素产生的检测虚警，提高暗弱的空间碎片的检测成功率。

摘要： 一种地固系下空间碎片空间密度确定方法，涉及航天技术领域，为解决现有的空间密度算法均基于J2000惯性坐标系，而在J2000惯性坐标系下建立的空间密度算法，无法实现地球同步轨道区域空间碎片环境随地理经度分布进行描述的问题，包括以下步骤：步骤一、地球固连坐标系下同步轨道保护区域空间单元划分：步骤二、空间碎片轨道位置离散：步骤三、轨道离散点位置计算：步骤四、识别各空间碎片轨道离散点对应的空间单元；步骤五、计算各空间单元内碎片停留概率：步骤六、计算空间密度。本发明能够实现不同地理经度位置空间碎片分布情况的差异性分析，可更具针对性的对地球同步轨道区域空间碎片环境进行描述，提高该区域航天器空间碎片环境评估精度。

摘要： 本发明公开了一种基于三维空间向量与二维平面坐标的空间碎片检测方法，包括：对图像背景进行估计；获取图像上所有星像的二维平面坐标；通过天文定位的方式，获得所有星像对应的惯性空间的三维向量；根据预设的筛选条件从图像的所有星象中初步筛选出包括背景恒星的疑似星象：结合相邻帧星象惯性空间的三维向量，根据预设的识别条件从疑似星象中识别出背景恒星，识别并剔除所有图像中的背景恒星；结合所有剔除背景恒星的图像，获取剩余星象的航迹特征，检测出图像上的所有空间碎片。本发明能够灵活地采用多帧图像，对图像上的空间碎片进行检测，降低亮恒星等因素产生的检测虚警，提高暗弱的空间碎片的检测成功率。

摘要： 本发明一种大型充气式防逃逸空间碎片清理装置及空间碎片释放方法，属于航天领域；该装置包括夹持端、收纳箱箱体、单向门和开关门；收纳箱箱体为两端开口的充气式腔体结构，通过其外周面设置的夹持端与服务航天器机械臂的末端臂连接；单向门和开关门分别同轴固定于收纳箱箱体的两端开口处，作为空间碎片的收纳入口和释放出口；单向门密封安装于收纳箱箱体的的收纳入口处；开关门为由电机驱动的抽绳式收口结构，通过控制系绳的收紧与释放并辅以气囊的收缩与膨胀，实现开关门的开合状态转换。整个装置轻质可折叠，降低了对火箭整流罩尺寸和火箭最大运载能力的要求，从而可大型制造和发射，能收纳大型空间碎片，清理对象范围广且收纳箱箱体容量大。

摘要： 本发明公开了一种空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法，该装置包括：运载机构、伸缩机构、同步转盘和柔性抓捕机构；运载机构，用于机动至与目标碎片轨道同步；伸缩机构的一端插入并限位于运载机构内，且可转动设置，另一端与柔性抓捕机构连接；同步转盘可转动地设置在运载机构的一侧面上，且同步转盘套装在伸缩机构上用于带动伸缩机构转动；柔性抓捕机构用于抓捕目标碎片，且与目标碎片之间为柔性接触。本发明的空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法，可以带动柔性抓捕机构与目标碎片的同步转动，便于捕获旋转中的空间碎片。可以对不同外形的空间碎片进行捕获，且不易产生碰撞，适用范围较广，稳定性和安全性较高。

摘要： 本发明提供空间碎片捕获装置(3)，该空间碎片捕获装置(3)具备鱼叉(31、41、41')，朝向除去对象的空间碎片亦即目标碎片(X)打入上述鱼叉(31、41、41')。鱼叉(31、41、41')具备大径的第一鱼叉部(43)、和从第一鱼叉部(43)的向目标碎片(X)打入的打入方向上的前端面(43a)突出且直径比第一鱼叉部(43)的直径小的第二鱼叉部(44)。

摘要： 本发明公开了一种基于惯性空间的空间碎片检测方法，包括以下工作步骤：图像背景估计；星象扫描及二维平面坐标归算；三维空间向量归算；背景恒星剔除；空间碎片检测。本发明摒弃了依赖二维平面坐标满足给定门限剔除恒星星象的流程，只依赖背景恒星和空间碎片星象在惯性三维空间的运动规律不同（相邻帧恒星在惯性空间的向量基本重合或者其对应的赤经和赤纬基本不变）剔除背景恒星的星象，实现了望远镜不同观测模式下的空间碎片检测，特别适用空间碎片跟踪不稳定情形。本发明能够根据给定的检测门限，灵活地采用多帧CCD图像，对图像上比恒星视运动速度快的非恒星目标进行检测，降低亮恒星等因素产生的检测虚警，提高暗弱的空间碎片的检测成功率。