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前言 1

第1章 绪论 1

1.1 空间碎片环境现状及危害 1

1.2 空间碎片研究范畴及方法 7

1.3 空间碎片研究进展及趋势 10

第2章 空间碎片探测 15

2.1 地基雷达探测 15

2.1.1 概述 15

2.1.2 精密跟踪成像雷达 17

2.1.3 相控阵雷达 22

2.2 地基望远镜探测 25

2.2.1 概述 26

2.2.2 传统透镜碎片望远镜 27

2.2.3 液体镜面碎片望远镜 28

2.3 天基被动探测 30

2.3.1 概述 31

2.3.2 长期暴轨装置 32

2.3.3 太阳电池帆板 34

2.3.4 在轨碰撞表面观测 35

2.4 天基主动探测 36

2.4.1 半导体型探测器 37

2.4.2 PVDF型探测器 39

2.4.3 等离子体型探测器 41

2.4.4 压电陶瓷型探测器 43

2.4.5 遥感探测 43

第3章 空间碎片环境模型 45

3.1 概述 45

3.2 短期工程模型 46

3.2.1 NASA89/91模型 46

3.2.2 ORDEM96模型 50

3.2.3 0RDEM2000模型 50

3.2.4 ORDEM2008模型 61

3.2.5 MASTER模型 63

3.3 长期演化模型 67

3.3.1 演化模型构架组成 67

3.3.2 碎片源子模型 67

3.3.3 轨道衰减子模型 73

3.3.4 国外典型演化模型 78

3.4 微流星体环境模型 81

3.4.1 质量分布模型 82

3.4.2 速度分布模型 83

3.4.3 通量分布模型 84

第4章 空间碎片防护 88

4.1 被动防护原理及材料选择 88

4.1.1 防护原理 88

4.1.2 防护材料性能评价 90

4.1.3 常用防护材料 98

4.2 防护构型及弹道极限 100

4.2.1 Whipple防护构型及弹道极限方程 101

4.2.2 填充Whipple防护构型及弹道极限方程 103

4.2.3 铝网双层缓冲防护构型及弹道极限方程 105

4.2.4 多层冲击防护构型及弹道极限方程 106

4.2.5 其他防护构型 108

4.2.6 弹道极限曲线 109

4.3 防护构型效能评价系统 112

4.3.1 系统组成及分析流程构架 112

4.3.2 基本防护构型效能分析模块 112

4.3.3 先进防护构型效能分析模块 115

4.3.4 系统应用实例 117

4.4 轨道规避防护 119

4.4.1 轨道规避流程 120

4.4.2 危险碎片筛选 120

4.4.3 轨道规避判定 122

4.4.4 轨道规避技术措施 126

第5章 空间碎片风险评估模型 130

5.1 模型构架组成 130

5.2 航天器建模及在轨运行描述 131

5.2.1 航天器有限元建模 132

5.2.2 航天器运行轨道描述 135

5.2.3 航天器运行姿态描述 142

5.3 航天器暴露面积遮挡处理算法 146

5.3.1 单舱段遮挡处理算法 146

5.3.2 舱段间遮挡处理算法 147

5.3.3 遮挡处理算法应用算例 149

5.4 碰撞概率及失效概率 152

5.4.1 碰撞概率及算法流程 152

5.4.2 失效概率及算法流程 153

5.5 模型分析流程 156

第6章 空间碎片风险评估系统 160

6.1 系统功能及模块组成 160

6.1.1 空间碎片风险评估模块 161

6.1.2 微流星体风险评估模块 162

6.1.3 M/OD环境模型模块 162

6.1.4 共享功能模块 164

6.1.5 系统输出文件 169

6.2 系统性能标准工况校验 170

6.2.1 标准校验工况 170

6.2.2 碰撞数校验 171

6.2.3 失效数校验 173

6.3 系统应用实例 180

6.3.1 载人飞船风险评估 180

6.3.2 航天飞机风险评估 189

6.4 国外典型风险评估系统 196

6.4.1 DAS风险评估系统 196

6.4.2 BUMPER风险评估系统 198

6.4.3 ESABASE/DEBRIS风险评估系统 200

6.4.4 其他风险评估系统 200

第7章 空间碎片超高速碰撞数值模拟 202

7.1 SPH数值方法 202

7.1.1 SPH算法特点 202

7.1.2 SPH算法理论 204

7.1.3 SPH算法建模 207

7.2 材料模型 208

7.2.1 状态方程 209

7.2.2 强度模型 213

7.2.3 失效模型 215

7.3 球形弹丸超高速碰撞数值模拟 216

7.3.1 计算域定义及弹靶参数 216

7.3.2 碰撞速度影响 217

7.3.3 防护屏厚度影响 223

7.3.4 状态方程影响 227

7.4 柱形弹丸超高速碰撞数值模拟 228

7.4.1 计算域定义及弹靶参数 229

7.4.2 碰撞速度影响 229

7.4.3 防护屏厚度影响 234

7.4.4 长径比影响 236

第8章 超高速碰撞模拟实验发射技术 239

8.1 概述 239

8.2 轻气炮发射技术 240

8.2.1 二级轻气炮 241

8.2.2 三级轻气炮 243

8.3 电磁炮发射技术 246

8.3.1 线圈炮 247

8.3.2 轨道炮 249

8.3.3 重接炮 251

8.4 电热炮发射技术 254

8.4.1 直热式电热炮 254

8.4.2 间热式电热炮 262

8.5 其他超高速发射技术 266

8.5.1 粉尘静电加速器 266

8.5.2 聚能装药发射器 269

第9章 空间碎片减缓 271

9.1 概述 271

9.2 减缓技术标准 274

9.2.1 NASA标准 274

9.2.2 ESA标准 275

9.2.3 其他标准 276

9.2.4 各标准主要区别 279

9.3 减缓技术措施 280

9.3.1 预防技术措施 281

9.3.2 治理技术措施 286

参考文献 291