基于天基光学测角的高轨空间目标轨道确定

受到距离和观测条件等因素的影响,地基设施对高轨空间目标的观测能力有限,但天基观测设施可以有效突破地基设施的观测局限,从而提高对高轨空间目标的观测效率和精度.基于此,结合当前天基测量技术的现状,研究基于天基光学测角的高轨空间目标轨道确定方法,包括初始轨道确定方法和轨道改进方法.针对观测量类型对轨道确定结果的影响,推导直接利用天基观测角度的轨道改进方法,以及基于天基观测方向矢量的轨道改进方法.利用仿真数据和实测数据对两种改进方法进行比较.研究结果表明,基于天基观测方向矢量解算得到的高轨目标轨道精度相对较高,可为我国空间态势感知体系的建设提供有益借鉴.     

基于脉冲激光的空间碎片移除技术:综述与展望

近年来,近地轨道的空间碎片问题对航天应用的威胁日益严峻。通过主动移除技术手段减少在轨空间碎片的数量,从而保障空间资源的可持续开发和航天器的安全运行,已成为相关领域研究的热点。溯源了空间碎片问题的产生及沿革,分析基于不同技术途径的主动移除方案的特点。重点研究了脉冲激光主动移除空间碎片的关键技术与科学问题,总结了现阶段的技术发展情况,并对未来天基激光移除空间碎片的发展方向给出了建议。     

空间碎片几何形状对激光烧蚀冲量的影响规律

激光烧蚀驱动是移除厘米级空间碎片非常有前景的技术,但空间碎片不规则的几何形状对激光烧蚀产生的驱动效果有十分复杂的影响,是目前研究的难点和热点之一。从激光烧蚀驱动目标冲量耦合规律出发,基于通过目标表面顶点的三角化三维重构,提出了一种可以精确计算激光辐照外形不规则目标所产生冲量大小及方向的方法。以立方体、球体和圆柱体3个典型的几何外形规则的目标为对象,验证了该方法的计算精度。利用该方法研究了激光辐照几何外形规则目标和不规则类球体小行星"贝努"产生的冲量规律,给出了在特定激光入射角度下不同几何外形目标产生最大冲量的条件。这一方法和结果对激光烧蚀驱动移除空间碎片技术研究有重要参考作用。     

太阳对成像型天基激光告警系统的影响

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题,通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明:太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射,地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光;反射太阳光辐照在探测器像面上的最...     

基于双星双目跟踪方式的空间目标定轨技术研究

以天基监视为背景,主要研究了一种基于双星双目跟踪方式的空间目标定轨技术,其物理思想为:利用星载光学测量系统获得目标的相对方位指向与角度传感器测量系统获得卫星的姿态角变化和光电跟踪架的随动角信息,通过坐标变换和数据处理解算出目标在地心惯性坐标系中的绝对运动信息。依次从物理模型、坐标体系、定轨原理方面进行了描述和推导,获得了目标在地球坐标系下的测量方程,并且通过对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、光学成像模型分析后,进行了数学建模仿真,计算结果表明该定轨方法的可行性。     

公里级激光反射层析实验和碎片质心估计

大功率激光清理低轨大量厘米级空间碎片一直是国际学术研究的热点.其中,空间碎片的精确定位和碎片质心距离的高精度测量是关键,也是亟待解决的世界性难题.作为一种新型远距离、高分辨率的成像方法,激光反射层析具有成像分辨率与探测距离无关的优势,是远距离空间暗目标探测的有效途径.基于激光反射层析原理,建立厘米级空间碎片目标质心模型,分析碎片目标与探测器的相对运动,进而提出厘米级空间碎片质心距离估计方法,开展了1 km探测距离激光反射层析实验验证.实验结果表明,该方法能够将质心探测精度由1.50 cm提高到0.34 cm,是实现厘米级空间碎片质心距离高精度测量的有效手段.该研究实现了公里级激光反射层析实验及其理论验证的突破,具有更广阔的应用前景和技术发展潜力.     

激光诱导等离子体光谱空间分布特性

激光波长和激光入射角是影响激光诱导等离子体空间分布和光谱强度空间分布特性的重要因素.基于流体动力学和SAHA方程,仿真了激光诱导等离子体的二维空间演化过程,研究了激发等离子体的辐射光谱空间分布特性及激光波长、入射角度等参数对等离子体特征谱线空间分布特性的影响.研究结果表明:波长为1064 nm的激光在不同延时条件下,最佳激光入射角度均为0°.当入射角度为0°时,所激发的等离子体辐射在不同的探测角度处均有较强的光谱信号,且在100,500,1000 ns延时条件下,最佳探测角分别为±41°、±11°和±12°.对于不同的波长,当延时分别为100 ns和500 ns且激光以0°入射时,长波长激光所激发的等离子体光谱在不同探测角处的强度均强于短波长激光.当延时为100 ns时,1064 nm波长激光所激发的光谱在最佳探测角位置的强度约为532 nm和266 nm波长激光所激发的光谱在各自最佳探测角位置强度的2倍.随着探测角绝对值的减小,等离子体辐射光谱强度先增大,到达最佳探测角后强度再减小.入射波长分别为532 nm和1064 nm的激光诱导击穿光谱实验结果验证了仿真结果.     

用激光清理空间碎片

正通过研究用于移除空间碎片的地基激光器方案,研究人员推断光束自聚焦可能是一个问题。"用激光清理空间碎片"的原理就是利用强有力的激光将碎片撞出其原有的轨道,使其移动到新的轨道中,并最终在大气中烧掉。Alexander Rubenchik及其同事目前已研究了在大气中传输这些强光束时所产生的光学效应。他们的结论是需要减轻光束的自聚焦、受激拉曼散     

太阳对成像型天基激光告警系统的影响

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题,通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明:太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射,地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光|反射太阳光辐照在探测器像面上的最大能量密度为0.97 mJ/cm2,反射太阳光背景下,攻击激光成像信噪比在103以上,信标激光信噪比小于1,反射太阳光对攻击激光检测没有影响,对信标激光成像是强背景干扰|直射太阳光辐照探测器是系统不可避免的情况,太阳成像光斑功率密度最大时约20 W/cm2,将导致探测器像元饱和甚至损坏|太阳成像光斑特征与入射激光相似,会造成系统严重虚警.     

激光诱饵最佳布设策略研究

探讨了在无合作靶条件下,以波动海面为载体的激光诱骗布设策略.通过建立基于镜面反射的最佳对抗空间角度模型进行模拟计算,给出了布设激光诱饵的空间角度与激光诱饵空间位置及激光目标指示器投影距离的关系曲线,利用这些曲线可以导出在各种情况下进行激光诱骗对抗的最佳策略.     

cm级空间碎片的激光清除过程分析

为了研究高能激光对cm级空间碎片的清除过程,通过分析空间碎片在激光作用下的变轨过程,建立了物理模型;数值模拟了空间碎片在激光作用下烧蚀反喷进入大气层烧毁的过程。结果表明:空间碎片运行速度与速度增量之间的夹角大于90,才能满足进入大气层烧毁的条件;cm级空间碎片的清除,需要105 W以上的高功率激光器。     

用于空间碎片清除的高功率激光器（英文）

虽然人类的太空活动已经考虑了尽量减少空间碎片的措施,但近地轨道碎片的数量仍呈指数增长,特别是中小型碎片的现有数量已对在轨卫星构成了实质性的威胁。作为具有较高期待的消除碎片办法,用地基DF激光器和空基Nd∶YAG激光器消除碎片的方案令人关注,它们可以以低成本和非破坏性的方式清除空间轨道的危险碎片。本文介绍了使用平均功率为100 kW的高功率、高重复频率P-P Nd∶YAG激光器和平均功率约为1.5 MW的DF激光器来保护在轨飞行器和清除直径为1～10 cm空间轨道危险碎片涉及的相关工作。     

光动力治疗中热效应的理论分析与计算

基于Pennes传热方程,从理论上分析了光动力治疗中激光作用所引起的组织温升的变化.结果表明,激光照射在生物组织内形成热源,该热源在一维生物组织空间引起组织的温升一般随时间呈指数形式增大,随激光照射处的距离呈指数减少.激光照射生物组织产生热效应,存在一个最小阈值光剂量,仅当照射的激光剂量大于阈值光剂量时,才能产生热效应.阈值光剂量大小由生物组织的光学参量和热物性参量决定,并随激光照射处的距离呈指数增加     

脉冲激光烧蚀推进技术的航天应用进展

脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点,既可用于发射有效载荷也可用于星载动力,甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道,因此,在航天领域得到越来越多关注。围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输;激光微推力器用于航天器姿轨控,以及激光与电组合推进;激光烧蚀操控cm级空间碎片的轨道,以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态;激光烧蚀偏转小行星轨道等方面,对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展,进行了系统全面地归纳和总结,并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题,进行了详细分析。     

Analysis of Doppler-effeet on satellite constellations with wavelength division multiplexing architectures

With the development of optical space communications, a global space-based optical backbone network is currently proposed by using broadband laser inter-satellite links (ISLs) which enable routing traffic through the space. Satellite optical networking techniques based on wavelength division multiplexing (WDM) ISLs can transit significantly high data rates signals. In this letter, a new function of wavelength excursion due to Doppler-effect is developed for the ISLs, considering the conception of pointing ahead mechanism. The characteristic of wavelength excursion induced by Doppler-effect is examined in one of low earth orbit (LEO) satellite constellation networks named the next-generation LEO system (NeLS) with WDM ISLs assumed, and the influence on its communications caused by wavelength excursion is analyzed.     

Auto-cleaning of deposited tin debris in a laser-produced plasma extreme ultraviolet source by using a liquid jet target containing tin chloride

We have demonstrated auto-cleaning of deposited tin debris produced in a laser-plasma extreme ultraviolet (EUV) source by using a liquid jet target containing tin chloride solution. The use of double laser pulse irradiation improved the EUV conversion efficiency of 1.1%, which was 3.3 times as large as that obtained with single laser pulse irradiation. At an appropriate concentration of tin chloride, the amount of deposited debris was balanced out with that of sputtered and/or etched debris, resulting in a thickness of deposited debris less than 1 nm after 40?000 laser pulse irradiations.     

空间平台主被动激光探测技术研究

以空间攻防为应用背景,深入研究了主被动天基激光探测技术,简述了国内外在天基平台进行激光雷达和激光告警研究的相关情况。在此基础上,开展了基于天基平台的主被动激光探测技术架构设计,论述了各组成部分及其作用,并对涉及的激光收发、光束扫描及激光告警等关键技术进行了深入分析。     

激光辐照不规则空间碎片冲量矢量计算

研究了不规则空间碎片受激光辐照后的冲量变化。利用不论激光入射方向如何,烧蚀反喷方向始终沿着烧蚀平面法向方向这个实验现象,同时,根据NASA对于空间碎片形状的基本划分,分别计算了球体、柱形体和立方体受激光辐照后的冲量变化情况。计算结果表明:对于球体和立方体,无论激光辐照方向如何变化,冲量方向总是和辐照方向相同,冲量大小和垂直辐照相同材料的平板分别成固定比例关系;而对于柱形体,冲量大小和方向随着激光辐照方向变化而变化。     

地表反照光对天基空间目标的成像影响

天基空间目标观测时, 在对空间目标的可见光特性提取的过程中, 随着其姿态的不断变化, 存在太阳光照射不到目标表面、或是在某一特定位置由于目标的强烈反射导致太阳光照度不均匀的情况. 针对这些问题, 分析了在可见光和近红外波段空间目标表面的光照特性, 提出了利用地表反照光作为天基空间目标成像辅助照明光源的思想, 给出了一种精确的建模方法. 基于漫反射模型建立了地表反照光在空间目标表面的照度计算方法, 借助satellite tool kit卫星工具软件获取太阳、目标的坐标, 省去了以往方法中烦琐的矩阵相乘和坐标转换过程; 对任意时刻的地表有效反照区域给出了判断, 引入对地球表面进行网格划分的方法, 对划分后的每一个面元均匀采样, 通过数值积分可计算出整个有效地表反照区域的地表反照辐射. 以某天基成像任务中的太阳同步轨道卫星为例, 就地表反照光对目标的光照情况进行仿真, 计算得出卫星在经过北极上空时可以利用地表反照光作为辅助光源这一重要结论. 仿真结果验证了建模方法的正确性.