玄武岩与kevlar纤维填充式防护结构超高速撞击性能分析

《玄武岩与kevlar纤维填充式防护结构超高速撞击性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、目录结论.................................................................................................................71参考文献................................................................................................................72哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限..........................

2、..................76致谢.................................................................................................................77V哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1空间碎片环境及危害随着航天事业的发展，世界各国已进行了大量的航天发射活动，随之而产生了一个新的问题—空间碎片有了爆炸式的增长。空间碎片是随着世界各国航天发射活动随之而产生的太空垃圾，是对地球轨道内所有失去任何功能和作用的人造[1]物体的统称。空间

3、碎片已经成为航天器安全运行的最大威胁，因此，对空间碎片的研究已经成为了包括中国在内的航天大国所面临的主要问题。1.1.1空间碎片环境自从前苏联于1957年成功发射世界上第一颗人造地球卫星以来，世界各国已进行了4600多次空间发射活动，超过6000个航天器成功发射入轨。这些航天器大多数分布在高度2000km以下的近地轨道和高度约36000km的地球同步轨道区[2]域内。空间碎片主要来源于失效航天器、运载火箭所产生的残碎片、微粒物质和航[3]天器在轨解体碎片等几个方面。空间碎片按其尺寸大小可以分为三部分：（1）尺寸小于1cm的物体，通常称之为“小碎片”或“微碎片”；

4、（2）尺寸在1~10cm之间的物体，通常称之为“风险碎片”；（3）尺寸大于10cm的物体，通常称为“大碎片”。目前，尺寸大于10cm的碎片，地面空间监视器能够探测、跟踪并记录在册。尺寸小于10cm的碎片则无法进行跟踪记录，这类碎片的数量是根据地面观测数据推算出来的。据美国空间监视网（SSN）统计数据，大约90%的空间碎片分布在近地轨道区域内，其中800km轨道高度的空间碎片分布最为密集。截止至2013年，[4]SSN编目物体分布密度随轨道高度变化情况如图1-1所示。1哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-1SSN编目物体分布密度随轨道高度变化情况（截止至2013年

5、）从空间碎片分布的数量和质量来看，在地球轨道内，尺寸大于10cm的编目空间物体已超过16600个，其总质量已超过6000t。SSN编目物体逐年变化情况如图[4,5]1-2所示，其质量逐年变化情况如图1-3所示。图1-2SSN编目物体数量逐年变化情况（截止至2013年）2哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-3SSN编目物体质量逐年变化情况（截止至2012年）与此同时，空间碎片的数量仍以每年约10%的速度不断增长。美国国家航空航天局(NASA)的科学家已发出警告：空间碎片的“临界引爆点”正在来临。美国空间监视网于2011年发布了一张1981年与2011年近地轨道空间

6、碎片分布对比情[6]况，如图1-4所示。图1-4近地轨道空间碎片分布对比情况1.1.2空间碎片的危害地球轨道上的物体与地球之间的相对运行速度不低于10km/s，因此航天器一旦成功发射入轨，空间碎片与航天器相对碰撞速度平均高达10~20km/s，对在轨航天器的安全运行造成了巨大的潜在威胁，其特征主要变现为空间碎片的超高速撞击造成的航天器机械损伤以及引发的功能性破坏甚至失效。除此之外，空间碎片3哈尔滨工业大学工学硕士学位论文也是在航天器外活动的宇航员的一大安全隐患。由空间碎片对航天器的超高速撞击而造成的破坏大致可以分为以下几种情况[7]：（1）大于厘米级的空间碎片能

7、够击碎整个航天器，同时新产生大量的空间碎片；（2）厘米级的空间碎片能够击穿任何可能厚度的现有航天器防护壳体，对推进系统、高压RCS气瓶和其他比较坚固的结构造成破坏；（3）毫米级的空间碎片撞击航天器的壳体，从而产生的冲击波造成航天器壳体背面发生层裂从而形成新的碎片，对航天器内部的易损部件造成损坏；（4）小于毫米级的空间碎片。由于近地轨道存在极多的此类粒子，长期撞击航天器的外表面，产生巨大的累计影响，容易对航天器的易损表面造成破坏。在人类的航天活动史中，发生了很多次由于空间碎片的撞击而造成航天器损[8-12]坏甚至失效的事件。1978年1月，前苏联的核动力侦察卫星—

8、宇宙954突然失效，最终