近地小行星材料特性对激光烧蚀驱动效率的影响试验分析

基于激光驱动效果和小行星材料特性密切相关的问题,针对脉冲激光对近地小行星物质的烧蚀驱动效率开展了试验研究,选用不同材质、孔隙率的类小行星试验样品,开展了冲量耦合规律测量试验。试验结果表明:在脉冲激光烧蚀的作用下,C型小行星比S型小行星具有更高的冲量耦合效率;随着小行星孔隙率的升高,冲量耦合效率降低,激光烧蚀驱动的效率下降。此外,还对激光烧蚀类小行星物质质量变化的规律进行试验,试验结果表明存在使得小行星质量烧蚀效率最佳的激光功率密度。对于需长期预警时间的威胁小行星,在烧蚀驱动偏转其轨道的同时,以最快的速率减少其质量,可进一步提升防御效率,实现防御的目的。

外空安全与环境治理:进展、挑战与机遇

随着人类航天活动的迅猛发展,外空环境日益复杂无序,外空安全的威胁显著上升,外层空间长期可持续性面临严重挑战。本文全面介绍了外空安全面临的最新态势,系统分析了空间碎片数量逐年增多、低轨大规模星座迅猛部署、新型航天活动快速喷发、外空资源争夺日趋激烈、外空军事化愈演愈烈等对外空安全和外空长期可持续的冲击。本文指出,从外空命运共同体、国家空间资产安全、航天强国建设出发,外空环境治理是大势所趋和唯一出路,孕育着航天技术创新、产业革命、法规建制等重大机遇。基于国情提出了我国对策和发展建议。

活性弹丸超高速撞击蜂窝夹芯板双层结构的损伤特性

为了研究蜂窝夹芯板双层结构在活性弹超高速撞击下的损伤特性,制备了PTFE(polytetrafluoroethylene)/Al/Cu柱形活性弹丸,利用二级轻气炮对蜂窝夹芯板双层结构靶开展超高速撞击实验,采用超高速摄像机记录了活性弹撞击蜂窝板的碎片云演化过程,分析了蜂窝板的穿孔特性和结构内部各组件的损伤特征;数值模拟了撞击过程,分析了活性弹丸的超高速侵爆效应,获得了碎片云的膨胀运动规律,揭示了活性弹丸冲击-爆轰耦合效应对靶板的损伤机理。结果表明:活性弹丸在蜂窝板上形成较小的入射孔和较大的出射孔,出射孔直径随着撞击速度的提高而增大;蜂窝夹芯板入射孔、出射孔和蜂窝芯穿孔直径随着活性弹体质量的增加而增大,入射孔直径不受蜂窝板厚度和蜂窝芯胞格直径的影响,出射孔和蜂窝芯穿孔直径随着蜂窝板厚度的增大先增大后减小,随着蜂窝芯胞格直径的增大而增大;活性弹产生具有较高膨胀速度的高温碎片云,其膨胀速度随着撞击速度的提高而提高。活性弹的冲击-爆轰耦合效应增大了结构内部组件的毁伤面积。在2~6 km/s速度范围内,活性弹在蜂窝板上形成的出射孔直径约为铝合金弹的1.3~1.8倍,碎片云的膨胀速度是铝合金弹的1.8~3.2倍。相较于铝合金弹丸,活性弹丸增大了蜂窝夹芯板双层结构内部和后板的毁伤面积,提高了毁伤效能。

动能撞击偏转近地小天体研究进展

以近地小天体防御为背景,介绍了近地小天体的基本概念和物理特性,分析了超高速动能撞击偏转近地小天体的研究进展。讨论了超高速动能撞击近地小天体表面成坑形貌、相似律以及成坑过程中抛射物产生机制、演化过程和抛射物质量速度分布相似律。总结了基于结合点源假设、实验和数值模拟结果建立的超高速动能撞击小天体动量传递理论模型和相似律。分析了近地小天体的物理特性和撞击条件对动量传递系数的影响规律。归纳了超高速动能撞击偏转近地小天体研究中存在的问题,对超高速动能撞击防御小天体的发展趋势提出了若干建议。

依兰陨石坑形成过程数值模拟研究

基于iSALE-2D仿真代码对依兰陨石坑的形成过程进行了研究,采用欧拉算法开展数值模拟,探讨了依兰陨石坑的撞击条件,统计分析了成坑过程中熔化层的形成与分布规律,结合点源成坑相似律模型,拟合得到强度机制下的成坑半径关系式。研究结果表明一颗直径120 m、撞击速度12 km/s的花岗岩质小行星垂直撞击地表形成一个与依兰陨石坑形态相似的陨石坑,再现了成坑形成的3个阶段:接触与压缩阶段、开坑阶段、后期调整阶段。大部分熔体在坑底呈分层堆叠分布,少量熔体随抛射物沉积在靶体表面,呈离散状分布,完全熔化材料质量约为撞击体质量的24倍。直径120 m、撞击速度12 km/s工况模拟结果与拟合的成坑半径关系式结果相对误差10.3%。

超高速斜撞击下航天器Whipple结构碎片特性研究

发生在近地轨道的空间碎片撞击事件几乎都是斜撞击,撞击产生的碎片云会对航天器内部结构及设备产生威胁。本文采用AUTODYN软件对航天器Whipple结构受弹丸撞击的过程进行数值仿真,通过与实验对比验证数值仿真有效性,处理并识别仿真结果,以碎片质量分数、剩余速度以及形态分布为重点,研究撞击角度在0°~60°范围内碎片云中最具威胁的碎片特征。研究表明:超高速斜撞击下碎片分布特征呈现随撞击角度分区域变化的规律,同时碎片的质量分数及剩余速度也随撞击角度变化呈现一定规律。

超高速动能撞击密实小行星的动量传递规律

动能撞击被认为是使潜在威胁小行星偏离与地球碰撞轨道的有效方法。基于撞击速度对动量传递系数的影响规律,利用二级轻气炮进行了6mm铝弹丸以2~4km/s超高速撞击玄武岩靶试验,利用AUTODYN光滑粒子流体动力学方法开展了数值模拟,将模拟结果和试验结果进行了比较,验证了计算模型和参数的准确性。模拟结果表明在不同撞击速度下抛射物的质量和速度分布基本一致,撞击速度越大累计抛射物质量越大。结合试验和数值模拟结果,获得了动能撞击密实小行星的动量传递系数相似律,密实小行星的动量增强系数随撞击速度的0.65次方的增大而增大。动量传递相似律可为动能撞击偏转小行星提供数据支撑。

高温高应变率加载下Ti-5553钛合金动态力学性能研究

钛合金是遥感类航天器推进系统重要的结构支撑材料,面对空间碎片日益增多的威胁,探究新型钛合金材料的动态力学性能是航天器空间防护的重要技术之一。本文利用高温分离式霍普金森杆(SHPB)对新型Ti-5553钛合金的等轴组织(R1)和双态组织(R2)材料进行动态力学测试,测试温度分别设定为200℃、400℃和600℃,应变率为1200s^(-1)和2500s^(-1)。试验结果表明:在高温高应变率加载条件下,Ti-5553钛合金双态与等轴组织,随着温度的升高,流变应力均下降,而应变变化不明显,即2种组织高温动态压缩力学行为相似;环境温度低于200℃时,双态组织的温度敏感性高于等轴组织,而塑性吸收功小于等轴组织,表现出较高的绝热敏感性;环境温度高于200℃时,等轴组织的温度敏感性高于双态组织,而塑性吸收功小于双态组织,表现出较高的绝热敏感性;Ti-5553钛合金2种组织均在高温高应变率下发生了剪切破坏,靠近剪切带的α相沿着剪切方向被拉长细化。本文获取的新型Ti-5553钛合金动态力学规律可为航天器空间防护结构设计提供基础数据。

Al/Mg波阻抗梯度材料加强型Whipple结构超高速撞击特性研究

波阻抗梯度材料加强型Whipple结构具有优异的防护性能。本文的目的是研究Al/Mg波阻抗梯度材料加强型Whipple结构在5.0 km/s撞击速度下的超高速撞击特性,以及除具有高阻抗的迎撞击面在弹丸中产生更高的冲击压力和温升外,影响波阻抗梯度材料防护性能的主要因素。本文中提出一种由铝合金表层和镁合金基底组成的面密度等效于1.5 mm厚铝合金的新型波阻抗梯度防护屏,采用二级轻气炮在5.0 km/s的撞击速度下对Al/Mg波阻抗梯度材料加强型和铝合金Whipple结构进行了初步超高速撞击对比实验,研究了超高速撞击防护屏穿孔、碎片云和后墙损伤特性。与铝合金防护结构相比,Al/Mg防护结构具有防护屏穿孔翻边更明显、后墙损伤较轻微、碎片云扩散半角大和撞击坑细化程度高4个主要特征。本文中开展了理论分析与计算,研究了冲击耦合过程、波传播特性和热力学状态等。结果表明:不受面密度影响,Al/Mg防护屏能改变冲击波在靶中的传播特征,使弹丸破碎程度更高,并且提升了防护屏中的内能转化率,具有优异的动能耗散特性。因此,与同等面密度的铝合金Whipple结构相比,Al/Mg结构具有更优异的防护性能。

激光移除空间碎片过程的三维仿真与建模

基于轨道力学和激光与物质相互作用理论建立激光移除空间碎片的三维变轨模型。该模型利用激光站/卫星与碎片位置和速度矢量作为初始数据,通过设定激光参数,实时计算和更新速度增量矢量,能够真实地反映碎片的移除过程。该模型包括地基和天基两种类型,根据激光作用临界条件与降轨效果计算碎片的降轨过程,能够实时输出碎片轨道信息,图形化输出使结果更加直观。考虑到速度增量分量对轨道倾角的影响,该模型增加了碎片逃逸情况的判断。最后,利用该模型计算了地基/天基系统移除多种空间碎片材料的过程和效果,发现钢材料碎片移除难度最大,而移除多层绝缘材料的效率最高。

波阻抗梯度材料加强型Whipple结构撞击极限研究

为研究一种改进型的波阻抗梯度材料防护结构Ti/Al/Mg结构的撞击极限,采用二级轻气炮以3.0~8.0 km/s的速度对Ti/Al/Mg结构、Al/Mg结构和2A12结构开展了超高速撞击实验,建立了Ti/Al/Mg结构的撞击极限曲线。结果表明:高阻抗的钛合金表层能产生更高的冲击压力和温升,使弹丸充分破碎;在面密度相同的条件下,与Al/Mg结构和2A12结构相比,Ti/Al/Mg结构具有更强的防护性能。通过理论计算得到Ti/Al/Mg结构撞击极限曲线的区间转变速度小于7.0 km/s,但其实验撞击极限曲线上并未出现明显的区间转变,在实验速度范围内,撞击极限随着撞击速度的提升而增大,这与典型Whipple结构撞击极限曲线存在差异。

基于天光一号装置的激光直接驱动准等熵压缩研究

采用一种新型的激光驱动准等熵压缩方式,利用KrF准分子激光长脉宽的特点,在不经过脉冲整形的情况下在带窗口铝靶上实现了激光直接驱动准等熵压缩。实验前,对激光光束和靶结构进行了匹配设计。激光打靶获得的峰值压力为16.8GPa,压力上升前沿约为17.0ns,与辐射流体力学数值模拟结果一致,验证了实验方法的可行性和天光一号装置的稳定性和可重复性。通过分析受辐照后靶的损伤形貌与结构特征,发现受辐照区域铝膜完全气化,在辐照区域边缘形成溅射堆积状。辐照前后材料组织结构稳定,在高温高压作用下未形成新物质。最后,基于一维辐射流体力学模拟程序研究了不同激光功率密度对准等熵压缩加载过程影响规律,并采用热力学定律计算了其熵增,获得了其变化规律。

激光驱动典型几何形状碎片运动建模研究

在以往的激光烧蚀驱动移除空间碎片研究中,均假设激光光束覆盖整个所关注的空间碎片。文章提出了焦斑式激光辐照下球体、圆柱体和立方体碎片反喷冲量和运动姿态的计算模型,研究了激光辐照在3种形状碎片不同位置处所产生的反喷冲量和姿态变化规律。结果表明:碎片运动规律与碎片几何形状和激光作用位置有关,当反喷冲量过质心时,碎片获得平动冲量;不过质心时,则会改变碎片的角速度或姿态。研究结果可为激光移除空间碎片研究提供理论参考。

8km/s超高速撞击下的碎片云与Whipple结构损伤特性研究

本文基于8km/s超高速撞击实验和数值仿真开展了碎片云特性研究。实验在二级轻气炮上进行,获得了清晰的碎片云形貌图像,研究了不同直径弹丸超高速撞击对碎片云特性的影响规律。结果表明:实验与数值仿真结果一致,在撞击极限曲线和碎片云相态变化点7km/s前后,碎片云轴向和径向速度与t/D的关系规律不同。在撞击速度为8km/s时,弹丸直径越大碎片云主体结构的轴向速度和扩散速度就越大,对后墙造成的损伤程度和区域就越大。后墙中心损伤区域发生了明显的液化现象,后墙损伤模式为轴线上的鼓包和层裂剥落,后墙前表面损伤区域和后表面层裂剥落区域直径随着弹丸直径的减小而减小。最后,获得了防护结构的临界弹丸直径。

超高速撞击下波阻抗梯度防护结构碎片云特性研究

碎片云特性是影响空间碎片防护结构防护性能的重要因素。通过实验对比了相同面密度波阻抗梯度材料、铝合金材料的碎片云特性,并借助数值模拟进行了更深入的研究,结果表明,当弹丸分别撞击波阻抗梯度材料、铝合金材料时,碎片云结构中弹丸的破碎特征明显不同。撞击波阻抗梯度材料时,弹丸头部破碎更加充分,弹丸侧向扩展程度提高;在高速段(6.5 km/s),受阻抗梯度及材料熔化效应的共同作用,波阻抗梯度材料碎片云头部出现分层现象。研究结果表明,超高速撞击波阻抗梯度材料碎片云特性的变化是其防护性能优于相同面密度铝合金的重要因素之一。

超高速碰撞研究在航天领域的应用现状与展望

简要介绍了超高速碰撞现象及其关键科学问题。综述了航天器空间碎片超高速碰撞防护研究,详细评论了空间碎片防护结构、超高速碰撞下的碎片云模型及撞击极限方程的国内外进展。探讨了小行星撞击地球防御中超高速碰撞问题。展望了超高速碰撞研究及航天应用研究的发展趋势。

乳腺癌及乳腺良性病变的流式细胞术检测对比分析

目的 :探究乳腺癌与癌旁组织、乳腺增生症 (乳增症 )及正常乳腺组织的异倍体率、细胞增殖活性(SPF)和 p5 3、bcl 2表达与乳腺癌的发生、发展的关系。 方法 :用流式细胞术 (FCM )对 38例乳腺癌、33例癌旁组织、2 0例乳增症和 19例正常乳腺组织 ,进行DNA倍体和SPF及bcl 2和 p5 3的表达阳性细胞率检测。 结果 :癌组织与癌旁组织、乳增症及正常组织三组间异倍体阳性率及DNA指数 (DI)各有显著性差异 (P <0 .0 1) ;癌组织与癌旁组织、乳增症及正常组织间SPF各有显著性差异 (P <0 .0 1) ,癌旁组织与正常组织间有显著性差异 (P <0 .0 1) ;癌组织与癌旁组织、乳增症各组间bcl 2表达无显著性差异 (P >0 .0 5 ) ,仅癌组织与正常组织间有显著性差异 (P <0 .0 1) ;癌组织与癌旁组织、乳增症及正常三组间P5 3表达各有显著性差异 (P <0 .0 1) ;DI分别与SPF和P5 3显著相关 (P <0 .0 1) ,SPF和P5 3显著相关 (P <0 .0 1)。结论 :P5 3和bcl 2与乳腺癌的发生有一定关系 ;异倍体率与P5 3可以起到肿瘤标志物的作用 ;FCM可以作为病理诊断的补充 ;SPF与异倍体率联合分析乳腺良、恶性病变的分子生物学行为更有意义 ;尚不足以证明乳增症为癌前期病变。

空间碎片防护研究前沿问题与展望

简要介绍了空间碎片环境现状与新兴热点问题,评述了空间碎片防护研究的国际前沿和趋势,分析了我国空间碎片防护的差距,立足我国航天器防护发展需求,提出了我国空间碎片防护领域研究发展建议。

空间微小碎片探测技术综述

空间碎片数量的快速增长给人类航天活动带来严重挑战。10cm以上大碎片可通过地基设备进行观测和预报,航天器通过主动控制予以规避;1~10cm小碎片和1cm以下微小碎片探测难度大,数量众多,与航天器发生碰撞风险很大。本文对国外微小空间碎片探测技术的发展概况和相关探测器成功应用的案例进行调研,分析总结不同原理探测器的特点和发展趋势,为我国微小空间碎片探测技术的研究和发展提供参考。

空间碎片激光移除: 从概念设计到技术与系统实践

本文梳理了激光驱动移除空间碎片技术从概念设计提出至今的发展历程,分析了其天基、地基方案交替发展的特点及背后的原因。围绕激光器、探测跟瞄系统、天基平台和移除策略,介绍了该技术的发展现状,分析了工程化应用存在的问题,指出其所需硬件系统技术水平不满足要求是进一步工程化应用的主要问题。最后,围绕该问题介绍了当前该技术的发展趋势。