空间碎片防护研究现状与国内发展建议

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1、航天器环境工程第27卷第1期24SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2010年2月空间碎片防护研究现状与国内发展建议龚自正1，韩增尧2，庞宝君3(1．北京卫星环境工程研究所北京100094；2．北京空间飞行器总体设计部北京100094；3．哈尔滨工业大学哈尔滨150001)摘要：文章回顾了近期国外空间碎片防护领域的研究现状和热点问题；介绍了“十一五”期间国内空间碎片防护研究的若干进展：立足我国研究现状，通过对国内航天器防护工程需求分析，提出了未来我国空间碎片防护领域研究发展建议。关键词：空间碎片；航天器防护；评述中图分类号：V5

2、20．7；V524．3文献标识码：A文章编号：1673—1379(2010)01—0024-08DoI：10．3969巧．issn．1673-1379．2010．01．0041前言从1957年第一颗人造地球卫星升空以来，人类共进行了5000余次航天器发射活动，共发生了200多次在轨航天器或火箭载体爆炸／撞击事件，产生了数量众多的空间碎片，形成了唯一一个人造的、且危害巨大的外层环境——空间碎片环境。空间碎片围绕地球高速运转，形成了一个类似小行星带的地球外层空间碎片带。截至2009年4月，美国空间监测网站(SpaceSurveillanceNetwork，SS

3、N)跟踪的空间碎片有17000多块，它们绝大多数直径大于10cm，其中编目在册的有13897块；直径在l～10cm之间的碎片数量约为几十万个；大于直径0．1mm的碎片数量超过200亿个。据美国空间碎片计划办公室预测，在未来50年间空间碎片数量每年将以10％的速度增长。空间碎片从产生之日起，就对航天器构成了巨大的威胁。今年在德国达姆斯达特召开的第27届机构间空间碎片协调委员会(Inter-AgencySpaceDebrisCoordinationCommittee，IADC)会议和第5届欧洲空间碎片会议(the5恤EuropeanConferenceonSp

4、aceDebris，UCSD)上，来自美国航空航天局(NASA)的报告指出，仅在2008年一年内记录在案的航天器对空间碎片的主动规避就有5次：国际空间站在2008年2月、3月遭遇了空间碎片的两次撞击；航天飞机STS一124和STS一126的很多部位分别在6月和11月的任务飞行中遭遇了空间碎片的撞击；2008年还发生了USA193、Kosmos2421、Kosmos1818共3次卫星太空解体事件；直到2009年2月发生了美国卫星Iridium33和俄罗斯卫星Kosmos2251的太空碰撞事件。这些事件揭示空间碎片环境在日益恶化，其对航天器的撞击概率不断升高。

5、航天器在轨遭遇空间碎片撞击事件的频繁发生，使得在重要航天任务执行过程中，必须高度重视空间碎片撞击所带来的威胁。除了主动规避那些能够编目的大碎片(10cm尺度以上)，在轨道上大量存在的mm级尺度的微小碎片是被动防护的主要对象。在20世纪末开始发射组装的国际空间站，主要舱段都采取了必要的防护措施。国际空间站在轨10年遭遇的空间碎片撞击及其安全运行表明，它所采取的防护设计是必要的也是合理的。随着空间碎片环境的日趋恶化，航天器空间碎片防护的任务越来越艰巨。近几年，国际上仍在持续高度关注空间碎片防护问题。本文对国内外近期有关研究进展做了简要总结概述，并从我国航天器防

6、护需求分析出发，对我国空间碎片防护研究今后的发展提出了建议。2国外空间碎片防护研究现状航天器遭遇的现实威胁让人们不得不持续关收稿日期：2009．10．19；修回日期：2009．11．19基金项目：国家空间碎片专项(KJSP06209，KJSP06210)资助项目．作者简介：龚自正(1964．)，男，博士学位，研究员，博士生导师，现任国家空间碎片防护专家组副组长。主要从事航天器空间碎片超高速撞击防护、材料动态力学性能和高压物理研究。E—mail：gongzz@263．net．龚自正等：空间碎片防护研究现状与国内发展建议注空间碎片问题，近几年来，国际．卜空间碎

7、片的防护研究主要集中在以F几个方面。2．1先进防护结构和防护材料的研究俄罗斯报道了其正在研制的新型防护结构的情况。该种防护结构呈现良好的防护能力，比目前国际空间站上使用的填允式Whipple防护结构的防护能力有较大幅度的提高，但未透露具体的构型及材料。美国NASA一直致力于先进防护结构的研制，特别针对星际探测(如慧核)开发了防护能力更强的防护结构，如多冲击防护结构等。2．2卫星整星撞击解体模型研究以美国NASA为首，日本、欧空局等航天部门参与，继续通过地面试验研究卫星遭遇超高速撞击后的解体模型【l‘5】。典型的卫星解体试验如图l所示。试验中采用的模拟卫星规

8、模较小，弹丸的速度也不高，试验的主要目的足验证造成卫星解体的撞击能