城市碎片空间微创新策略

对城市中呈现“碎片”性质的局部区段进行分析研究,基于空间形态整合中的设计原则与对策,探讨了结合需求和对环境的反馈,对城市公共空间的更新改造中呈现“碎片”性质的空间形态做出微创新的策略,是对城市设计在新时代内容的补充和专项设计,建构特定城市区域设计研究的框架。此次研究是新时期城市进行新一轮建设中,提供在满足现代化生产和生活需求的同时,对城市碎片空间的营造,创造一个良性发展的城市空间形态与景观环境,科学合理地对“城市碎片”空间进行整合、重组、再利用,并以此来探讨了基于不大拆大建基础上,研究空间形态整合的方法、原则。此次研究根据碎片空间特点,对碎片空间的分类研究,提出了织补、针灸、活化的策略,以提升城市整体的形象气质,使整个城市处于可持续发展的良好状态,对构建有感情、有温度的城市,起到具体的借鉴意义。

城市高架桥下碎片空间利用研究——以南京地区赛虹桥高架为例

城市碎片空间亟待规划利用,其中高架桥下空间作为特殊且普遍存在的重要部分,需要被规划者所重视。以南京赛虹桥高架桥下碎片空间为例,通过梳理其现状,归纳现有的桥下空间利用原则与形式,顺应以人为本的城市内核,分不同类别探讨如何将其改造为宜人的公共空间。

线性城市体系中消极碎片空间的再生设计研究

"线性空间体系"是现代城市空间构成中一个重要的结构性特征的成分。其主体由城市轨道线、环线、快速路等快速交通功能系统构成,而在既有城市空间的新介入者多为地下隧道或地上高架桥。"线性空间体系"对城市有着重要作用。其一方面对组织城市系统,连接区域空间发挥了积极作用。另一方面,由于其物理形态的连贯性,在穿越城市空间时,几乎不可避免地破坏了城市空间双维度的连贯性,导致了原有社群或城市生活圈的割裂,从而产生了碎片空间。本文以线性城市体系中立交桥下的碎片空间为切入点,尝试运用"空间编织"设计手段,将这些碎片空间重新联络为连贯的整体。以满足社区生活多样性需求为目标,探索重构社区生活空间生态连贯性的有效途径。

基于光电阵列系统的空间碎片精密定轨应用研究

光电阵列系统具有视场大、单元众多、覆盖空域广、可靠性高、实时性好等优点,在空间碎片探测领域中具有重要的作用。首先,为了解决空间碎片关联匹配问题,采用TLE数据,配合SGP4/SDP4模型,实现了光电阵观测空间碎片的数据关联匹配。随后,研究了空间碎片弹道系数计算方法,为基于观测数据定轨结果的空间碎片平均弹道系数的计算奠定基础。最后,基于长春人卫站建设的光电阵列系统,验证其数据精度、定轨精度以及弹道系数计算精度,实验结果表明:空间碎片关联匹配成功率达到91.19%;观测精度可达7:65′′;对拥有高精度激光测距的空间合作目标Sentinel-6A和HY-2C进行基于激光测距数据的精密定轨,并以定轨结果为标准轨道,对光电阵列观测系统所得光学数据进行精密定轨和3 d预报的均方差做精度分析,三维位置精度分别为319.11 m、107.25 m,速度精度分别为0.26 m/s、0.09 m/s;计算所得目标36508弹道系数生成的新两行根数3 d预报均方根误差为746.84 m,比公开数据均方根误差748.68 m减小0.25%,两者精度相近。以上结果说明该系统基本满足常规任务需求。

基于强电磁辐照移除危险空间碎片的机理性实验研究

针对当前空间碎片数量急剧增长问题,探究基于强电磁辐照的主动清除手段的可行性,以多层隔热结构作为典型危险空间碎片模型,重点关注其电磁响应敏感的金属镀层部分,通过构建复杂多环境因素物理场,在S波段强电磁辐照和真空环境下进行了验证实验。实验结果表明,在10^(-3)Pa量级的真空环境下,强电磁脉冲与多层隔热结构金属镀层发生相互作用,引发放电现象并产生等离子体,同时伴随着宏观动力学特性的改变。通过观察和分析,我们探讨研究了可能的物理过程,包括强场击穿导致材料点放电、面闪络引起材料网状放电和镀层损伤、粒子吸收微波能量导致材料变形以及等离子体烧蚀引起材料损毁等。该研究为利用强电磁脉冲辐照主动移除危险空间碎片提供了重要的技术支持。

近红外空间碎片激光测距探测成功概率影响因素的研究

基于激光雷达方程和天空背景噪声估算公式推导出近红外空间碎片激光测距探测成功概率的计算公式,仿真研究了该公式中大气透过率和天空背景噪声的影响因素,经数据拟合,得到空间碎片激光测距探测成功概率的归一化表达式。在此基础上,仿真分析了太阳高度角、目标天顶角、目标轨道距离和目标横截面积对目标探测成功概率的影响。结果表明:目标探测成功概率随太阳高度角升高而减小,随目标轨道距离的增加而减小,随目标天顶角的增大而减小,当目标天顶角增加到70°时,目标探测成功概率开始急剧下降;目标轨道距离固定的情况下,目标探测成功概率随目标横截面积的增大而增大。该研究对提高空间碎片的观测效率具有一定的应用价值。

星座卫星爆炸对空间碎片环境演化的影响分析

针对近年来巨型星座蓬勃发展和未来星座卫星爆炸解体对空间环境的隐患,构建了连续性方程与拓扑网络模型相结合的空间碎片环境演化模型,仿真分析了星座卫星爆炸与部署高度、卫星数量、任务后处置(PMD)时间的耦合作用对未来空间碎片环境的影响。结果表明,星座卫星爆炸会加剧空间环境的恶化,部署在1 200 km的1 440颗卫星星座,若卫星爆炸概率提升1%,总体空间物体数量将上升约18%,且在星座背景下,卫星任务后25年离轨处置的规则已无法满足空间环境可持续发展的需求。因此,减小星座卫星爆炸概率、发展高效的PMD策略对保障空间安全至关重要。

空间碎片干扰下的卫星光网络路由算法研究

针对低轨卫星激光通信中空间碎片可能造成的星间链路中断问题,提出一种方向增强的链路状态路由算法。首先搭建了卫星通信的网络拓扑结构,对空间碎片的运动模型和卫星的运动模型进行联合建模仿真,得到卫星与碎片的相对位置并进行星间可见性分析,提出了方向影响因子和方向增强指数,结合星间链路距离及传输时延综合考虑链路代价,从而选择合适的传输路径方向,依次在每个卫星节点对间进行最小路径选择,并以路由跳数为评价指标。仿真结果表明,在有空间碎片存在的环境中,所提算法能够在不牺牲通信质量的前提下,实现路由跳数相比Dijkstra算法降低14%,传输时延相比Dijkstra算法减少17%。

天基激光清除空间碎片系统的设计与分析

为了清除在轨航天器临近空间碎片,建立了天基激光系统仿真模型,并对比分析了两种典型尺寸下的天基激光清除空间碎片方法下的仿真结果;同时在系统设计过程中采用太阳能板与大口径可折叠发射望远镜的设计理念,降低了发射成本并提高效费比。结果表明,10 cm尺寸的空间碎片可以采用烧蚀反喷模式,而1 cm尺寸的空间碎片在直接烧蚀模式下则更具优势。此研究为后续天基激光系统清除空间碎片提供了技术参考。

罚单督促!空间碎片清理与减缓招数翻新

2023年10月,美国联邦通信委员会首次对空间碎片案例开出罚单,美国一家企业被要求支付15万美元,只因它没有将一颗到寿卫星移入墓地轨道。随着人类航天活动蓬勃发展,空间碎片安全问题日益突出,国际监管逐渐严格,但也创造了新的航天市场需求。为此,各国航天力量正在摸索空间碎片清理和减缓方面的各种招数。

航天器热控辐射器空间碎片防护设计及评估

针对航天器大面积热控辐射器流体管遭受空间碎片撞击概率高的特点,提出了采取热管辐射器和加强流体管路自身防护的改进措施。通过开展所在轨道的碎片环境分析和撞击风险评估,确定了流体管需要满足的防护要求。随后通过超高速撞击试验,获得了流体管路的临界直径,并在此基础上开展了热控辐射器流体管路的击穿风险失效评估。结果表明:航天器热控辐射器流体管路的非击穿概率(PNP)高于指标要求,保证了长寿命需求,设计方法可为其它热控辐射器碎片防护设计提供参考。

空间碎片减缓“5年规则”的来龙去脉

1995年美国提出的空间碎片减缓“25年规则”在全球范围内被广泛采纳,但小卫星、大星座的迅速兴起对该规则的实际效果带来很大挑战。2022年9月,独立于白宫、向国会汇报的联邦通信委员会率先发布空间碎片减缓“5年规则”。联邦通信委员会此举维护了其在美国国内空间碎片减缓领域的领先地位。下一步,美国政府行政分支很可能会在新版《美国政府轨道碎片减缓标准做法》中采纳“5年规则”,并利用“5年规则”来引领和塑造空间碎片减缓国际规则。“5年规则”的推出预示着空间碎片减缓规则体系整体上趋于严格,可能将带动主动碎片移除技术、政策、产业的发展。

空间碎片自主规避方法

利用碎片监测载荷提供的空间碎片测角、测距信息,结合航天器绝对轨道全球导航卫星系统(GNSS)信息,实现对空间碎片的自主轨道确定;当发现航天器与空间碎片有碰撞危险时能够自主安全评估和威胁告警,同时制定规避轨道机动策略,进行自主规避。文中给出了自主规避空间碎片的原理和方法,经分析和仿真实例说明了该方法的有效性。

基于角度转化的空间碎片测角数据精密定轨方法

空间碎片对在轨卫星的影响日益增大,持续确定和更新空间碎片轨道日益受到重视。基于角度转化思想,提出了一种空间碎片测角数据精密定轨方法。基于常用的两行根数(TLE)数据应用需求,根据差分思想建立基于SGP4/SDP4预报模型的TLE精密定轨方法;以赤经-赤纬数据为典型场景,分析原始定义法、赤经投影法的优缺点;提出将常规双元素角度资料转化为三元素角度资料的角度转化法。仿真结果表明:当观测数据较多集中于测站天顶方向时,角度转化法能够将精密定轨收敛速度提高25%,轨道精度提高2~10倍。

一种地基模拟空间碎片飞行参数测试方法研究

目前地基模拟空间飞行破片试验是空间碎片测试非常重要的一个手段,地基模拟空间碎片飞行参数测试方法是地基模拟空间碎片参数测试的一个重要技术支撑。针对毫米级地基模拟空间碎片测试难题,提出了一种测速精度高、可靠性好、可视化测试结果且成本较低的测试方法。通过地基模拟空间碎片飞行试验,实现了对速度4000 m/s、径向尺寸2 mm碎片影像冻结,相机距离破片飞行弹道垂直距离为400 mm,拍摄视场为600 mm×400 mm。在一幅图像上获得了碎片2个瞬时运动影像,直观反映了碎片的形貌特征,并对模拟空间碎片飞行参数进行了计算,并通过对比试验与该测试方法测试结果进行对比,证明该测试方法可以作为地基模拟空间碎片飞行试验的测试手段。

以国际环境法基本原则推进空间碎片治理

当下,空间碎片领域面临着空间环境恶化、减缓战略停滞和主动清除计划饱受争议等现实问题。在现有外层空间法律规范不足以应对碎片问题的前提下,通过适用在地球环境治理中表现卓有成效的国际环境法基本原则,能有效补充与深化外空空间碎片治理理念。国际环境法基本原则对空间碎片治理有着重要的借鉴价值,能填补空间碎片治理法律原则的缺位,有力应对治理困境。将国际环境法基本原则延伸适用至外空环境、推动碎片治理软法的出台,坚持适用共同但有区别的责任原则、预防原则、无害原则以及国际合作原则,能为空间碎片问题提供不同的解决方案。

空间碎片多源数据融合定轨软件SPODFMD简介

空间碎片多源数据融合定轨软件SPODFMD(Spacedebris Precise Orbit Determination Fusing Multi-source Data)是由紫金山天文台卫星精密定轨团组自主研发的一款数值法编目定轨软件,目的是解决国内空间碎片监测网获取的多源数据融合问题.软件设计初期,充分调研了国内主流空间碎片监测设备。考虑到空间碎片轨道和物理特征的复杂性、大量碎片轨道更新对计算效率的要求以及工程应用对稳健性的要求等现实因素,在定轨算法中集成了具有自主知识产权的地球重力势及其偏导数无奇点快速算法、无奇点DTM94(Drag Temperature Model)大气密度模型及其偏导数的解析表达方法、大偏心率轨道密集星历精密快速计算算法以及稳健的自适应加权方法等结合软件工程设计理论,目前已实现了14种主流设备获取数据的任意融合,并取得了典型场景下的秒级定轨速度,适用于高、中、低轨和各种偏心率特点的全轨道碎片,且不存在计算奇点和极性奇点,经初步测试证实了SPODFMD软件的多源性、高效率、通用性和稳健性效果.

高轨空间碎片自主捕获观测及跟踪方法

针对高轨空间碎片的精准化跟踪及清除需求,文章提出一种基于星图背景的全自主捕获、观测及跟踪识别方法,依据恒星惯性空间位置不变性,通过连续帧图像数据比对实现恒星目标和非恒星目标分离,完成空间碎片目标识别。作为应用于高轨空间碎片捕获、观测的全自主双体制模式探测系统,在兼顾空间碎片捕获、观测的基础上,同时还具备恒星测姿功能,经过地面及在轨验证表明:在对高轨空间碎片跟踪过程中四元素结果稳定,恒星测姿结果稳定,可广泛应用于高轨空间碎片的跟踪与治理任务。

可重用空间碎片抓捕机器人

随着世界几十年来航天事业的不断发展,空间在轨物体的数量急剧攀升,空间轨道可用资源日趋紧张,空间碎片问题日益凸显,对原本有限的空间轨道资源和在轨运行航天器的安全产生了严重威胁。本文从空间碎片危害、空间碎片清理任务推动捕获技术发展等角度阐述了空间碎片清除技术的研究背景;从捕获方式实现维度对飞网、鱼叉、机械臂等方式的关键技术进行分析和总结。针对现有捕获技术在空间碎片清除方面应用所存在的问题,从技术途径角度概括了该技术的未来发展趋势并提出了一种可重用空间碎片抓捕机构。

多监测任务下空间碎片监测网调度优化方法

空间碎片监测网采集的轨道测量数据是轨道编目的基础。面对巨量碎片和有限的监测站点,数据采集方法与快速的作业任务调度优化是充分发挥监测效能、提升编目能力和精度的关键技术。监测任务包括常规监测、重点目标监测和应急监测等。针对监测网多任务调度优化问题,以监测收益为目标函数,分别提出线性指派模型和考虑移动成本的非线性指派模型,并使用改进的LAPJV算法和改进的2-opt算法进行解算。开展了地基观测网络空间碎片监测任务优化仿真实验,线性模型和非线性模型处理200个测站、7170个碎片的4 h任务规划,改进的LAPJV算法和2-opt算法的解算时间分别为12.051 s和162.071 s,监测总收益分别为289399.07和285333.79,分别可监测2931和2918个碎片,占碎片总数的40%以上。结果表明,模型/算法兼顾解算速度和精度,具有近实时监测任务优化的能力,可以作为监测任务优化的有效解决方案。