空间碎片现状与挑战

近年来,由于人类日益频繁的航天活动,空间碎片的数量高速增长,对航天器和航天活动造成了很大安全隐患。空间碎片主要集中在低地球轨道,应对空间碎片主要包括从源头上减少空间碎片的产生,加强空间碎片的监测和预警,以及清理现存的空间碎片。国外针对空间碎片清理形成了很多项目和实验室,欧洲航天局、美国国家航空航天局、科罗拉多州立大学均设有专门部门进行技术研究,预计未来国内外会有更多的相关项目涌现。

天基激光清理低轨空间碎片的最佳角度分析与过程设计

针对天基高能脉冲激光清理低轨(LEO)空间碎片的问题,建立了高能脉冲激光清理LEO碎片作用过程和轨道演化的模型,推导了脉冲激光作用碎片的最佳角度与碎片轨道参数的解析关系,证明了最佳角度下的清理效果具有关于碎片轨道主轴对称的特性。以平台飞行时间和激光作用时间综合优化为目标,提出了一种天基激光清理空间碎片过程的简化设计方法,能快速有效地获得清理方案。选取典型的激光器与空间碎片参数进行仿真验证,结果表明:采用最佳作用角度能极大提高激光清理的效果;基于优化设计方法可使得在平台飞行时间仅增长10%情况下激光作用时间减少30%。

碎片清理发动机概念探索

提出空间碎片发动机的新概念和一种空间碎片清理的新方式.空间碎片发动机立足于空间碎片清理工作,将捕获到的空间碎片通过机械方式分解后,使用球磨等物理方式将碎片粉碎到一定细度,并通过电子束充电使粉末带电.带电粉末在静电粉末加速器中加速后高速喷出,为空间碎片清理航天器进一步变轨提供动力.这些带电粉末将在太阳风及地球磁场的作用下飘离地球周围.一方面,该碎片发动机清理了地球周围的空间碎片,为人类可持续利用空间环境提供保障,另一方面,为航天器获得动力提供足够工质,延长了清理器在轨寿命和飞行距离,提高了单次发射的工作效能.此外,由于航天器不需要携带大量燃料,可持续的推进剂供应,也将为小行星探测和行星际航行提供更好的思路.