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1、第31卷第1期宇航学报Vol.31No.12010年1月JournalofAstronauticsJanuary2010航天器解体模型研究综述柳森,兰胜威,李毅,黄洁(中国空气动力研究与发展中心超高速所,绵阳621000)摘要:对国外航天器解体模型的发展历史、研究现状、数据来源、试验方法和关键技术等进行了介绍与总结。其中着重介绍了目前使用比较广泛的NASAEVOLVE4.0解体模型,以及针对此模型而开展的SOCIT4卫星碰撞试验。对国外目前的航天器解体模型的优点和不足进行了分析,并对发展解体模型所涉及的关键技术,如超高速发射技术、碎片软回收技术和碎片特性测量技术等进行了介绍。最后,对于在
2、我国开展航天器解体模型研究提出了建议。关键词:航天器;解体模型;综述;超高速碰撞;空间碎片中图分类号:V414.1文献标识码:A文章编号:100021328(2010)0120014210DOI:10.3873Pj.issn.100021328.2010.01.0020引言1国外航天器解体模型的发展情况当前,空间碎片问题已经引起了世界各航天大1.1NASA)))EVOLVE模型国的强烈关注。根据NASA的最新研究报告表明,从20世纪60年代开始,美国就开始了空间碎[3-4]截止2007年8月,已经有超过4500多次空间飞片的建模研究,曾经发展过多个解体模型,分别[1]行,这些空间活动在太
3、空留下了大量的空间碎片。应用于不同的空间碎片环境模型之中,如Aerospace目前轨道上的人造物体质量大约有6000吨,空间碎Corp.建立的IMPACT解体模型、KammanScience[2]片占了53%的份额。根据分布轨道的不同,空间Corp.建立的FAST解体模型和NASA建立的碎片的速度大概在3~7km/s范围,平均相对速度EVOLVE解体模型等。其中,应用最广泛的是约为10km/s,给在轨航天器造成严重威胁。EVOLVE解体模型。空间碎片来源比较广泛,包括火箭推进剂粒子、EVOLVE是NASA空间碎片项目办公室开发的航天器爆炸或碰撞解体碎片、失效的火箭发动机以一维空间碎片环境
4、模型,用于描述200~2000km高及遗弃的卫星等。其中,航天器爆炸或碰撞解体碎度范围内的空间碎片环境。EVOLVE模型由多个子片是空间碎片的主要来源。据统计,截止2007年8模型组成,其中用于描述在轨解体事件碎片特性的月,共有194次航天器解体事件被确认,而这些解体子模型通常称为EVOLVE解体模型。EVOLVE模型事件产生的碎片几乎占据了所有被编目的空间碎片的首次发布是在1986年,此后,NASA空间碎片项目[1]的一半。因此,研究航天器解体碎片特征,建立航办公室对其进行了多次改进。1996年,NASA约翰天器解体模型,对于空间碎片环境研究、空间碎片撞逊中心承担了修订EVOLVE解体
5、模型的任务,目标击风险评估以及空间碎片减缓等方面都具有十分重是在大量试验数据和观测数据基础之上建立更准确要的意义。的解体模型。1998年,修订后的EVOLVE解体模型[5-6]本文在广泛调研的基础之上,对国外航天器解(EVOLVE4.0)发布,并沿用至今。EVOLVE4.0体模型的发展历史和现状,以及发展解体模型所涉较之以往的解体模型更为成熟,应用更为广泛,因此及的关键技术等方面进行了详细论述,并提出了发也称为NASA标准解体模型(NASAStandardBreakup展我国航天器解体模型的建议。Model)。收稿日期:2009206215;修回日期:2009210220基金项目:国防科
6、工局空间碎片专题研究项目(kjsp-07401)第1期柳森等:航天器解体模型研究综述15EVOLVE4.0解体模型选择碎片特征尺寸Lc作难性碰撞,M是较小物体的质量数值(以kg为单为独立变量。碎片特征尺寸由下式定义位)乘以碰撞速度数值(以km/s为单位)。X+Y+ZEVOLVE4.0相对于以往的版本,最大的改进是Lc=(1)3引入了碎片面积/质量(A/M)分布。对于特征尺其中,X、Y、Z分别为碎片在三个正交方向上的投寸大于11cm的火箭上面级(R/B)碎片,面质比分影尺寸。布为R/BR/BR/BR/B航天器在轨解体可分为爆炸解体和碰撞解体两DA/M(Kc,V)=A(Kc)N(L1(Kc)
7、,R1(Kc),V)+R/BR/BR/B类。对于爆炸解体事件,碎片数量分布关系用下式(1-A(Kc))N(L2(Kc),R2(Kc),V)(5)表示其中,Kc=lg(Lc);V是分布变量,V=lg(A/M);-1.6N(Lc)=6Lc(2)N是正态分布函数,22其中,N(Lc)表示尺寸大于等于Lc的碎片数量。0.5-(V-L)/2RN(L,R,V)=[1/R(2P)]e;上式应用于质量范围在600~1000kg的上面级R/B参数A、
