天基激光清除空间碎片方案设想-论文.pdf

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1、SpaceInternational国际太空·总第424期SPACEDEBRIS天基激光清除空间碎片方案设想黄虎张耀磊易娟范国臣（中国运载火箭技术研究院研究发展中心）随着空间碎片数量的不断增长，对人类航天事业的发展构成巨大威胁，清除空间碎片已经迫在眉睫。使用激光清除太空垃圾是一种低成本、高效、安全的清除技术。本文介绍了空间碎片的现状和现有清除方法，针对地基清除空间碎片技术存在的局限性，提出了一种天基激光清除空间碎片方案设想。1空间碎片现状常规太空活动碎片产生的清污指南。第二个来源是人类试验或摧毁卫星过程中产生的碎片，多个国家都曾空间碎片是指人类

2、在空间活动过程中遗留在空用这种方法销毁废弃卫星，这种碰撞产生了比通常理间的废弃物。根据美国战略司令部下属的空间监视网解的要大得多的空间碎片。（SSN）的数据显示，近10年，特别是近5年来，空间从欧洲航天局（ESA）公布的近地轨道区域空间碎碎片数量急剧增加，例如直径大于10cm以上的空间碎片合成图上可以看到让人难以置信的情形：地球如同是片，2006年共监测到9949个，到2010年监测到160914被蜂群围得密不透风的蜂巢。虽然空间环境面临种种风个，上升了1.6倍之多；直径在10cm以下的空间碎片上险，但是目前的补救措施几乎为零。升速度更快。这说

3、明空间碎片的数量对空间安全的危害已经发展到严峻的地步，特别是在近地轨道，若其数量空间问题研究专家们普遍认为，目前地球轨道上漂达到饱和状态，则意味着碎片与卫星相撞的概率增大，甚至有可能由于碰撞而发生连锁反应，使得轨道资源成空间碎片分布图为废墟。为此，当今世界各国应同心协力采取有效措施来解决这一问题。空间碎片有两个主要来源。第一个来源是人类在太空活动中产生的废弃物及其衍生物，包括丢弃的设备、运载火箭末级、废弃的卫星、卫星展开时释放的螺钉和其他硬件、卫星和分级火箭分离时的碎片、固体火箭燃料燃烧时向空间的喷射物、航天员遗弃的工具（扳手、手套、摄像机灯等

4、），以及航天器与原来空间碎片撞击产生表面材料剥落等等。目前国际社会日益关注这类来源，采取的措施之一是发展旨在限制45SpaceInternational国际太空·2014.4☆空间碎片SPACEDEBRIS浮的空间碎片直接威胁天基激光清除空间碎片系统组成和信息流示意图到卫星发射及载人航天任务，需要采取行动处天基激光清除空间碎片系统理地球轨道上的空间碎片，在未来发射卫星时供电将应用更多的可回收技术，比如新型“蚱蜢”遥测控系统动力系统火箭就可以通过自身的动力装置安全返回，不姿轨道动据力指数令测仅减少了轨道碎片，同遥数指控遥时也降低了发射成本。供电供

5、电2天基激光清除空间电源系统控制系统碎片方案设想配置制参工作原理台控数服转供私配电信息位置激光清除空间碎片的目标激光束方向模式主要有两种：直接烧目标跟踪瞄准高能激光器蚀模式和烧蚀反喷模式。前一种主要针对微小空间目标碎片，利用强大的连续波捕获蚀、烧跟光激光照射碎片，使其温度瞄激能高升高至碎片的熔点甚至沸空间碎片点，使碎片熔化或汽化，实现清理；后一种主要针对较大的空间碎片，利用高能脉冲激光束照射碎片表面，产生类似于火箭推进的方案详解“热物质射流”，为碎片提供一定的速度增量，使其近天基激光空间碎片清除系统一般由六大分系统地点高度降低，进入大气层烧毁，

6、从而达到空间碎片清组成。除的目的。1）动力系统该分系统的主要功能是提供天基激光地基与空基激光可提供较大的能量，技术成熟，但平台在空间飞行中轨道控制、姿态控制及轴向加速和制动由于大气层的吸收作用导致其能量损耗较大，且受到地理所需要的控制力，实现对不同轨道上的空间碎片清除。位置和距离影响，使其可工作空间范围有限。天基激光在2）控制系统该分系统在对全系统进行供配电的真空中传播，能忽略损耗，且没有折射、散射等传播误差基础上，经过控制算法输出控制指令给动力系统和高能影响，随着平台部署的变化，可扩展其控制的空间范围。激光器，协调各系统运行，有计划地控制空间

7、碎片清除因此，天基激光清除空间碎片能够克服地基清除方法的局任务。限性，并且效率相对更高。随着激光器技术的发展，未来天基激光清除空间碎片将成为一种高效的案。3）电源系统该分系统是给全系统供电的能量来46SpaceInternational国际太空·总第424期SPACEDEBRIS源，保障全系统正常工作，并提供清除空间碎片所需的更高的转换效率。高效率最重要的作用是对激光系统本能源。身的影响，使更小的热流进出激光器，从而达到系统更4）遥测控系统该分系统用于实现天基系统与地加坚固耐用的作用。面的双向信息传输，将天基系统的状态信息下传到地（2）跟踪瞄准

8、系统精度面，同时也可以接收地面发送的遥控指令。高精度的跟踪瞄准系统是天基激光清除空间碎片5）跟踪瞄准系统该分系统实现对空间碎片的捕系统的重要组成部分之