地基激光清除空间碎片的策略

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1、2015年11月北京航空航天大学学报November2015第41卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41N0．11http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．anDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0696地基激光清除空间碎片的策略王成林，张艳，王鲲鹏(北京跟踪与通信技术研究所，北京100094)摘要：空间碎片的清除策略是实现地基激光主动清除厘米级空间碎片的关键

2、技术之一．为了制定有效的清除策略，首先对在碎片轨道不同位置上速度分量的变化对其新轨道近地点高度的影响进行了研究，指明了3种不同速度分量变化的降轨效果的差异；然后结合地基激光的几何和物理特性，推导了确定有效变轨区域的约束条件；最后据此提出了地基激光以连续脉冲变轨方式清除空间碎片的通用策略，并通过仿真实验，实现了利用地基激光清除空间碎片的目的，也验证了该清除策略的有效性．关键词：地基激光；空间碎片；清除策略；变轨；仿真中图分类号：V221．3；TB553文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)11—21

3、37-07随着人类空间活动的日益频繁，再加上空间尚处于激光对空间碎片的作用机理和大功率激光事故的发生和废弃物的不当处理，产生了数量巨器的研制阶段，对于激光作用空问碎片产生速度大、种类繁多的空间碎片，对航天器的寿命和安全增量后的清除策略研究很少．国内洪延姬、金星、带来了一定威胁．在这些空间碎片中，10am量级徐浩东等对激光清除空间碎片的基本概念、基本以上的空间碎片数目相对较少，航天器可采取主技术和基本问题进行了介绍，并对碎片清除方法动规避措施避免撞击；1cm量级以下的空间碎片作了一定研究”．徐浩东等分析了速度增量的

4、虽然数目巨大，但是动能较小，航天器可采取结构作用位置对降轨的影响，并以此建立了空间碎片防护措施抵抗撞击；在高度800～1000km的近地的降轨模型．但是他们只分析了速度增量在轨轨道处，处于1～10am量级之间的厘米级空间碎道近地点和远地点两个特殊位置的影响，降轨模片密度达到峰值，数目较多且动能较大，对航天器型也仅限于共面变轨的理想情况．金星等提出了威胁最大，需要采取外加辅助手段予以清除．针对椭圆轨道空间碎片的单脉冲和多脉冲变轨的目前，利用激光清除空间碎片成为国际公认计算方法，并对激光站布站区域和空间碎片变轨可行的

5、主动清除空间碎片的手段之一．通过高能范围作了一定分析．他们也只讨论了共面情况激光辐射到碎片表面产生的喷射冲量效应，使下速度增量对变轨的影响．但是由于地基激光站碎片获得速度增量，在合适的位置处可以实现对固定在地面，采用共面变轨清除碎片在实际情况空间碎片减速降轨的目的．下很难实现．近年来，欧美国家均开展了地基激光清除空本文在分析激光辐照产生的速度增量对空间间碎片的相关研究，其中最著名的是美国的碎片减速降轨的普遍原理的基础上，研究地基激ORION计划。。。．但是，目前国外在该方面的研究光清除空间碎片的策略．首先推导了不

6、同速度分收稿日期：2014-11—11；录用日期：2015-02一l2；网络出版时间：2015-03—3114：54网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V20150331．1454．006．html作者简介：王成林(1992一)，男，安徽宿州人，硕士研究生，wc14756308@163．con通讯作者：张艳(1975一)，女，江苏阜宁人，副研究员，zhyan1227@sina，corn，主要研究方向为空间目标探测与识男gl甩格式：I成林．张艳．王鳃鹇．地基激光清除空阊碎

7、片的策略IJ]．北京航空航天大学学报，2015，4l(11)：2137—2143·WangCL．ZhangY。WangKP．Strategyofremovingspacedebrisusingground—basedlasers[JJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，411)：2137—2143(inChinese)．2138北京航空航天大学学报2015在量的变化对碎片新轨道近地点高度的影响模式，时，其轨道变化可视为脉冲变轨方

8、式，即速度有突即不仅考虑共面变轨的影响，还考虑异面变轨的变增量，但不引起空间碎片位置的变化．影响；然后以此为基础，提出了确定有效变轨区域如图2所示，已知空间碎片在t时刻的位置的约束条件和计算方法，并据此制定清除碎片的rn和速度，在该时刻激光束辐照在该碎片上，策略方案；最后通过仿真实验，验证了该策略方案产生了△的速度增量，碎片进入新轨道中，其速的有效性．度为，．1改变不同速