近地轨道空间碎片清除成本与控制策略分析

为解决空间碎片完全清除成本估算问题,文中提出将空间碎片清除技术分成地基清除技术和基于航天器的清除技术。通过对不同种类的清除方法进行成本核算,得到了仅发射航天器、使用地基清除LEO,发射航天器仅清除MEO和GEO以及使用地基清除LEO后发射航天器清除剩余碎片这3种情况下的总费用,并得到了在成本受限的情况下将航天器发射至赤纬角度为±60°的GEO上为优先清除策略的结论。     

以专利布局为基础透视空间碎片清除技术的发展

<正>航天事业的发展为各国军事发展以及人们的生活提供了无尽的便利,但随着航天器发射数量的增多,产生了数以亿计的空间碎片^[1],严重危害了太空环境,也对现役卫星的运行安全造成了威胁^[2]。因此,在航天事业蓬勃发展的同时,对空间碎片的清除也需重视起来,以维持良好的空间环境。本文以专利布局为基础,对空间碎片清除技术的发展进行详细研究。     

美国将进一步增强空间碎片跟踪监视能力

据美国航空航天局(NASA)公布的最新数据显示,目前,在轨空间碎片质量达到了5 900t,其中2 500t处于低地球轨道内。美国新版《国家航天政策》强调研究清除空间碎片的方法,并将其视为航天政策的一个目标。     

空间碎片概况研究

空间碎片对航天活动的影响日益增大,已越来越引起人们的关注。研究了空间碎片的定义和分类;重点分析了空间碎片来源及前景预测;论述了空间碎片的危害;提出了空间碎片的减缓措施。     

主动式空间碎片清理研究

空间碎片数量的不断增长,对人类航天事业的发展构成巨大威胁,虽然已采取多种减缓措施,但仍无法从根本上解决问题。主动式空间碎片清理技术作为解决碎片问题的另一种思路,现在已引起国际上广泛关注;在对其发展背景研究的基础上,重点介绍了3种清理技术,并分析了此类技术的可行性和应用前景。     

基于光谱及概率神经网络的空间碎片识别

通过对不同空间碎片的光谱进行分析,实现对不同空间碎片的识别和分类。采用了移动平均光滑法和最大最小归一化对原始空间碎片光谱进行预处理,然后运用概率神经网络对经预处理后的空间碎片光谱进行分类。预测结果表明,移动平均平滑和归一化结合概率神经网络的空间碎片分类识别准确率达到了99.23%,说明文中提出的基于光谱技术的识别方法具有很好的分类能力。     

空间碎片减缓措施研究

空间碎片减缓是人类航天活动可持续发展的重要保障.从技术和法律2个层面开展空间碎片减缓措施研究.在对不同技术措施进行比较分析的基础上,提出空间碎片减缓应综合运用以消能、垃圾轨道和脱轨为主的技术措施;针对空间碎片减缓的立法现状,呼吁应加强国际和国内立法来减缓空间碎片.最后,基于我国空间碎片减缓发展程度和特点,提出我国应以垃圾轨道和脱轨技术为主,以可重复航天器为辅发展空间碎片减缓技术,并加快国内空间立法进程,尽快制定空间碎片减缓的法律法规.     

基于ISAR图像的空间碎片群尺寸估计方法研究

为解决空间碎片群尺寸的估计问题,通过对空间碎片群逆合成孔径雷达(ISAR)成像机理分析,提出一种基于图像形态学处理的空间碎片群尺寸估计方法.针对ISAR图像中目标呈稀疏独立、分散分布的特点,首先对图像进行腐蚀、膨胀处理,使呈散射点分布的目标连在一起成为连续目标;接着采用自适应阈值操作将目标和背景进行分割;然后对分离出的目标区域进行几何形状识别;最后创建包围目标轮廓的多边形边界,通过求解多边形边界尺寸实现对空间碎片群尺寸的估计.仿真实验结果验证了本文方法的有效性.     

1999-025A卫星相撞解体碎片演化及其影响研究

1999-025A卫星解体事件为研究空间碎片演化规律提供了重要数据。对1999-025A卫星解体碎片的演化过程和分布特征进行了研究,分析了造成这些特征的原因。从碎片轨道分布和轨道寿命2方面探讨了1999-025A卫星解体碎片对近地空间环境的影响。研究表明：1999-025A卫星解体碎片具有数目多、面质比大、轨道分布广和轨道寿命长等特点。     

我国空间碎片研究“十五”取得跨越式发展

“空间碎片”（亦称空间垃圾）是人类航天活动遗弃在空间的废弃物，是空间环境的主要污染源。“十五”期间，在国家财政的大力支持下，我国空间碎片工作从无到有，取得了跨越式发展。据介绍，“十五”期间我国严格控制空间活动产生空间碎片，并取得显著成效。已初步构建空间碎片防护的设计、评估、仿真和验证体系。具备一定的为航天工程服务的能力。     

航天器微流星和空间碎片的防护方案

微波星和空间碎片是现在任何使用航天器的公认威胁。微流星和空间碎片的超高速撞击能导致航天器严重的损伤和灾难性的失效。因此,提高航天器的生存性是非常必要的。防护方案的确定是航天器设计的一个重要问题。     

航天器微流星体及空间碎片防护结构性能分析

微流星体及空间碎片是航天器的公认威胁，微流星体及空间碎片的高速撞击能导致航天器严重的损伤和灾难性的失效，防护结构设计是航天器设计的一个重要问题，在综合分析国际上已采用和研究航天器微流星体系及空间碎片防护结构防护性能预报方程的基础上，给出了不同防护材料和结构形式防护在超高速撞击下的撞出极限曲线，讨论了防护结构参数变化对防护性能的影响，通过曲线分析得出各防护结构在第一门槛值速度区间的防护性能是比较低的，正撞击损伤更严重，填充防护结构的性能优于其他防护结构。     

Investigation into debris cloud characterizations for oblique hypervelocity impact of projectiles on bumper

All long-duration spacecraft in low-earth-orbit are subject to high velocity impacts by meteoroids and space debris. Such impacts are expected to occur at non-normal incidence angles and can cause severe damage to the spacecraft and its external flight-eritical systems and possibly lead to catastrophic failure of the spacecraft. In order to ensure crew safety and proper funetion of internal and external spacecraft systems, the characteristics of a debris cloud generated by such impacts must be known. An analytical model is therefore developed for the characterization of the penetration and ricochet debris clouds created by tile hyperveloeity impact of an aluminum spherical projectile on an aluminum plate. This model employs normal and oblique shock wave theory to characterize the penetration and ricochet processes. The prediction results of center-of-mass trajectory, and leading velocity of penetration and ricochet debris clouds are obtained arid compared with numerical and experimental results in figures.     

M/OD Risk Assessment System and Its Applications

A risk assessment system named meteoroid & orbital debris risk assessment system (MODRAS) developed for assessing risks of the spacecraft under the meteoroid and debris environment (M/OD EM) is presented.The computing resolution of MODRAS has been verified by both the three generic spacecraft geometries of inter agency debris committee (IADC) and similar foreign software such as BUMPER,ESABASE,and MDPANTO.The results show that the system is fit well with the computing results of the foreign software.Typical applications of the system are also presented,including a manned spacecraft and a space shuttle.     

Dynamics of tether-tugging reorbiting with net capture

To control the growth of space debris in the geostationary earth orbit(GEO), a novel solution of net capture and tether-tugging reorbiting is proposed. After capture, the tug(i.e., active spacecraft), tether, net, and target(i.e., GEO debris) constitute a rigid-flexible coupled tethered combination system(TCS), and subsequently the system is transported to the graveyard orbit by a thruster equipped on the tug. This paper attempts to study the dynamics of tether-tugging reorbiting after net capture. The net is equivalent to four flexible bridles, and the tug and target are viewed as rigid bodies. A sophisticated mathematical model is developed, taking into account the system orbital motion, relative motion of two spacecraft and spacecraft attitude motion. Given the complexity of the model, the numerical method is adopted to study the system dynamics characteristics. Particular attention is given to the investigation of the possible risks such as tether slack, spacecraft collision, tether rupture, tether-tug intertwist and destabilizing of the tug's attitude. The influence of the initial conditions and the magnitudes of the thrust are studied.     

基于散射光谱的材质分类识别研究

有效的甄别、掌握空间碎片的状态,是合理利用太空资源和在轨航天器规避风险的前提,为了安全、持续地开发和利用空间资源,基于散射光谱,使用夹角余弦和欧式距离嵌入K临近法(KNN-AC-ED),并与经典的朴素贝叶斯分类器作为对比,对实验室测得的空间碎片中常用的四种材质进行分类识别。分类识别的结果显示,KNN-AC-ED法比经典的朴素贝叶斯分类器总体分类精度高4%。研究表明:朴素贝叶斯分类器需要提取每个光谱曲线的三个特征,而特征提取费时费力;KNN-AC-ED法利用光谱线型和强度两种信息,不仅全面的反应了光谱的信息,且计算相对更快捷。通过对空间碎片常用材质的分类,为进一步研究空间碎片的尺寸、材质等信息提供一定的借鉴意义。     

Survey on research and development of on-orbit active debris removal methods

Science China Technological Sciences - Space debris is growing dramatically with the rapid pace of human exploration of space, which seriously threatens the safety of artificial spacecraft in...     

Experimental Study of Hypervelocity Impact on Multi-Shock Structure

Hyperveloeity impact tests on multi-shock shields are carried out in order to develop space structures against space debris impacts. Sheets of LY12 aluminum were used as bumpers. The total thickness of shield structure, which consists of several sheets with various thickness, is 3.0 mm or 2.0 mm. Results of the tests show that the type 0.5 mm 0.5 mm 0.5 mm 0.5 mm is a better choice of spacecraft shield structure.     

航天器空间碎片单护屏防护结构参数优化

为解决微流星体及空间碎片高速撞击威胁航天器的安全运行等问题，采用防护结构防护性能预报的Nysmith模型，以非线性优化方法分析撞击条件和结构参数对优化结果的影响。得出了最优解存在的可行性条件和防护间距下界与撞击参数的关系，以曲线图给出了各参数对优化结果的影响。研究表明优化结果在低撞击速度时随撞击速度的增加急剧增加，而在高撞击速度时趋于平缓。     

空间碎片清理飞行器捕获系统设计与仿真

空间碎片清理飞行器对于解决空间碎片日益增多的问题具有重要意义,非合作目标捕获是其关键技术之一。在对非合作目标捕获系统分析的基础上,设计了飞网式捕获系统,建立飞网简化模型和分析评价指标,并用ANSYS/LS-DY-NA对其进行仿真,分析发射速度和发射角对飞网展开的影响,利用C-W方程分析飞网发射误差。结果表明,空间飞网对于非合作目标捕获具有良好的容错性。