基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估

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1、硕士学位论文基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估SPACECRAFTSURVIVABILITYASSESSMENTTOSPACEDEBRISRISKBASEDONRAYMETHOD宋张弛哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V423.6学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估硕士研究生：宋张弛导师：庞宝君教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月25日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U

2、.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSPACECRAFTSURVIVABILITYASSESSMENTTOSPACEDEBRISRISKBASEDONRAYMETHODCandidate：SongZhangchiSupervisor：Prof.PangBaojunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：AerospaceEngineeringAffiliation：SchoolofAstronautics

3、DateofDefense：June25,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要[1]空间碎片对航天器的在轨运行造成了严重的威胁，许多国家在航天任务规划阶段就将空间碎片的影响纳为重点研究问题。目前，防护设计是提高航天器抵御空间碎撞击威胁能力的主要手段，空间碎片环境下航天器生存力评估是实现防护设计的重要依据。目前的风险评估软件在计算空间碎片撞击概率时，将航天器表面进行有限元划分，以面元为单位进行敏感性计算。航天器结构复杂，表面众

4、多，这样的方法具有效率低下的缺点。此种处理方式在与易损性算法结合时也带来了问题：在分析航天器内部部件时，很难得到撞击到内部部件上的空间碎片具体参数，因此对计算内部部件击穿情况及失效概率时只能应用有限的几种失效准则。针对这两个问题，本文介绍一种基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估方法。文章对该生存力评估方法的总体方案进行了介绍，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兼容多种失效准则的航天器易损性分析方法的具体方案，明确二者涉及的关键问题并给出解决思路。为解决敏感性算法中初始射线生

5、成问题，本文提出了虚外墙法。给出了虚外墙法的具体实现步骤，和虚外墙的特征参数。通过防护手册标准工况仿真，验证了虚外墙法和敏感性算法的正确性，得到了本文敏3感性算法比SDE经典算法效率更高的结论。为模拟超高速撞击碎片云的轨迹与行为，本文提出了射线模拟碎片云方法，给出了方法的具体实现步骤。应用该方法对碎片撞击Whipple板形成的碎片云进行仿真，仿真结果特征与地面实验碎片云特征一致，证明射线法模拟碎片云方法的正确性。应用基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估方法进行了软件开发，作3为生存力评估软件SDE的一个生存力解算模式，介绍了软件的总体框架

6、和操作界3面。应用软件对模拟卫星进行生存力分析，分析结果与SDE经典算法结果一致，证明了本文介绍的生存力算法的正确性。本文的研究成果提供了一种高效且支持多种失效准则的空间碎片撞击航天器生存力分析方案，给出了其中关键问题的解决方法，具有一定工程应用价值。关键词：空间碎片，航天器生存力，射线法，虚外墙法，失效准则-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSpacedebrisposesaseriousthreattotheon-orbitmissionofspacecraft.Manycountrieshaveincludedtheim

7、pactofspacedebrisasakeyresearchissueduringthespacemissionplanningphase.Atpresent,theprotectiondesignisthemainmeanstoimprovethesurvivabilityofspacecrafttowardspacecrushing.Theassessmentofspacecraft'ssurvivabilityunderspacedebrisenvironmentisanimportantbasicworkforprotectiond

8、esigning.Inthecurrentriskassessmentsoftware,thespacecraftsurfaceisdividedintofinit