空間碎片導(dǎo)論

前言

空間碎片是伴隨人類航天發(fā)射活動(dòng)而產(chǎn)生的太空垃圾，是系對(duì)地球軌道內(nèi)（高度約200～36000km）無(wú)任何功能和作用的人造物體及其碎片的統(tǒng)稱。它與宇宙中天然存在的固體塵埃即微流星體一起，并稱為影響人類航天活動(dòng)安全的M／OD環(huán)境。自1957年前蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆人造衛(wèi)星迄今，人類已進(jìn)行了4300多次空間發(fā)射活動(dòng)，發(fā)射人軌的航天器超過(guò)5500個(gè)?？臻g碎片主要源于失效航天器、火箭末級(jí)箭體、任務(wù)相關(guān)碎片以及航天器在軌解體碎片等幾個(gè)方面。根據(jù)美國(guó)空間監(jiān)視網(wǎng)（Space Surveillanee Net Work，簡(jiǎn)稱SSN）和天基探測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止至2009年4月1日，在地球軌道上，尺寸10crn以上的編目空間物體超過(guò)13800個(gè)，其中正常運(yùn)行的航天器只約占6％，其余94％均為空間碎片。尺寸1cm以上的空間碎片超過(guò)50萬(wàn)個(gè)，1mm以上M／OD超過(guò)3500萬(wàn)個(gè)，微米級(jí)以上的M／OD數(shù)量則更為龐大，且每年仍以約59／6的速度在增長(zhǎng)?？臻g碎片的主要成分是鋁合金及鋁、鋅、鈦等金屬的氧化物，平均密度約2.8g／CITI。平均相對(duì)碰撞速度約10km／s，而微流星體的平均相對(duì)碰撞速度則更高，可達(dá)20km／s。M／OD與在軌航天器發(fā)生超高速碰撞時(shí)，巨大的碰撞動(dòng)能足以使航天器結(jié)構(gòu)破壞和功能失效，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性航天事故的發(fā)生，對(duì)人類航天活動(dòng)安全和航天器安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。一般說(shuō)來(lái)，厘米級(jí)以上尺寸的空間碎片碰撞可致使航天器徹底毀壞，而且?guī)缀鯚o(wú)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)防護(hù)，唯一的方法是實(shí)施軌道機(jī)動(dòng)規(guī)避。

內(nèi)容概要

本書從空間碎片探測(cè)、空問(wèn)碎片環(huán)境模型、空間碎片防護(hù)和空間碎片減緩四個(gè)部分系統(tǒng)全面的介紹了太空垃圾的防護(hù)研究。本書可作為高等院校航空宇航科學(xué)與技術(shù)、兵器科學(xué)與技術(shù)、安全技術(shù)及工程等學(xué)科的研究生教材使用，也可供從事空間碎片和航天器工程領(lǐng)域研究工作的技術(shù)人員自學(xué)參考使用。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1．1  空間碎片環(huán)境現(xiàn)狀及危害  1．2  空間碎片研究范疇及方法  1．3  空間碎片研究進(jìn)展及趨勢(shì)第2章  空間碎片探測(cè)  2．1  地基雷達(dá)探測(cè)    2．1．1  概述      2．1．2  精密跟蹤成像雷達(dá)    2．1．3  相控陣?yán)走_(dá)2．2  地基望遠(yuǎn)鏡探測(cè)    2．2．1  概述      2．2．2  傳統(tǒng)透鏡碎片望遠(yuǎn)鏡    2．2．3  液體鏡面碎片望遠(yuǎn)鏡  2．3  天基被動(dòng)探測(cè)    2．3．1  概述      2．3．2  長(zhǎng)期暴軌裝置    2．3．3  太陽(yáng)電池帆板    2．3．4  在軌碰撞表面觀測(cè)  2．4  天基主動(dòng)探測(cè)    2．4．1  半導(dǎo)體型探測(cè)器    2．4．2  PVDF型探測(cè)器    2．4．3  等離子體型探測(cè)器    2．4．4  壓電陶瓷型探測(cè)器    2．4．5  遙感探測(cè)第3章  空間碎片環(huán)境模型    3．1  概述    3．2  短期工程模型    3．2．1  NASA89／91模型    3．2．2  ORDEMM96模型    3．2．3  ORDEM2000模型    3．2．4  ORDEM2008模型    3．2．5  MASTER模型  3．3  長(zhǎng)期演化模型    3．3．1  演化模型構(gòu)架組成    3．3．2  碎片源子模型    3．3．3  軌道衰減子模型    3．3．4  國(guó)外典型演化模型  3．4  微流星體環(huán)境模型    3．4．1  質(zhì)量分布模型    3．4．2  速度分布模型    3．4．3  通量分布模型第4章  空間碎片防護(hù)  4．1  被動(dòng)防護(hù)原理及材料選擇    4．1．1  防護(hù)原理    4．1．2  防護(hù)材料性能評(píng)價(jià)    4．1．3  常用防護(hù)材料  4．2  防護(hù)構(gòu)型及彈道極限    4．2．1  Whipple防護(hù)構(gòu)型及彈道極限方程    4．2．2  填充Whipple防護(hù)構(gòu)型及彈道極限方程    4．2．3  鋁網(wǎng)雙層緩沖防護(hù)構(gòu)型及彈道極限方程    4．2．4  多層沖擊防護(hù)構(gòu)型及彈道極限方程    4．2．5  其他防護(hù)構(gòu)型    4．2．6  彈道極限曲線……第5章  空間碎片風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型第6章  空間碎片風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)第7章  空間碎片超高速碰撞數(shù)值模擬第8章  超高速碰撞模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)射技術(shù)第9章  空間碎片減緩參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：地基雷達(dá)屬有源探測(cè)設(shè)備，利用雷達(dá)回波反射信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間碎片的探測(cè)，具有搜索、發(fā)現(xiàn)空間碎片能力強(qiáng)，跟蹤、定軌精度高以及全天候全天時(shí)探測(cè)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但由于雷達(dá)回波反射信號(hào)強(qiáng)度與距離的四次方成反比，同時(shí)雷達(dá)信號(hào)受地雜波、大氣損耗以及發(fā)射功率、工作波長(zhǎng)等因素的影響和制約，一般難以對(duì)遠(yuǎn)距離（如中高地軌道）空問(wèn)物體進(jìn)行有效探測(cè)，從而也決定了地基雷達(dá)探測(cè)手段的某些應(yīng)用局限。目前，地基雷達(dá)是獲取LEO區(qū)域內(nèi)尺寸10cm以上空間碎片最主要的手段。2.1.1概述地基空間碎片探測(cè)雷達(dá)主要有精密跟蹤成像雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)兩種。精密跟蹤成像雷達(dá)是一種機(jī)械掃描雷達(dá)，利用拋物面反射天線機(jī)械控制方式實(shí)現(xiàn)脈沖波束定向，因而只有當(dāng)空間碎片（物體）出現(xiàn)在天線指向視場(chǎng)內(nèi)時(shí)才能被探測(cè)到，搜索和發(fā)現(xiàn)新空間碎片的能力較弱，主要用于空間碎片跟蹤、成像和定軌。不同于依靠改變天線瞄準(zhǔn)方向?qū)崿F(xiàn)波束指向的機(jī)械掃描雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)通過(guò)數(shù)字電子方式改變輻射器的相位使雷達(dá)波束指向預(yù)定的搜索范圍，可以同時(shí)探測(cè)不同方向上的多個(gè)空間碎片，是目前用于搜索、發(fā)現(xiàn)和跟蹤新空間碎片的主要地面設(shè)施和手段。

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《空間碎片導(dǎo)論》是由科學(xué)出版社出版的。

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