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第1章 空间碎片概述 1

1.1 空间碎片的现状 1

1.1.1 来源与分类 1

1.1.2 分布与演化 5

1.2 空间碎片的危害 8

1.2.1 危害根源及形式 8

1.2.2 在轨撞击实例 12

1.3 空间碎片的应对措施 13

1.3.1 躲避编目大碎片撞击的措施——规避 13

1.3.2 抵御众多小碎片撞击的措施——防护 14

1.3.3 预防新空间碎片产生的措施——减缓 15

1.3.4 治理已形成空间碎片的措施——清除 18

1.4 空间碎片清除研究现状 19

第2章 空间碎片清除基础知识 22

2.1 空间目标轨道运动学 22

2.1.1 坐标系统及其转换关系 22

2.1.2 轨道根数 26

2.1.3 轨道预报及误差 27

2.2 空间碎片探测 29

2.2.1 地基雷达观测 30

2.2.2 地基光学观测 31

2.2.3 天基遥感探测 33

2.2.4 天基碰撞感知探测 34

2.2.5 航天器表面采样分析 36

2.3 空间碎片环境描述 37

2.3.1 空间碎片编目数据及轨道预报 38

2.3.2 空间碎片环境模型 40

2.4 空间轨道机动 46

2.4.1 轨道机动类型和基本规律 46

2.4.2 轨道改变 48

2.4.3 空间交会 49

2.5 近地轨道空间碎片的自然演化 53

2.5.1 J2项摄动 53

2.5.2 大气阻力摄动 53

2.5.3 轨道寿命 55

第3章 推移离轨清除技术 57

3.1 激光推移离轨 57

3.1.1 基本原理和方式选择 57

3.1.2 地基激光推移空间碎片技术发展历程 59

3.1.3 地基激光推移离轨系统组成 60

3.1.4 地基激光推移离轨工作流程 61

3.1.5 地基激光推移离轨关键技术 62

3.1.6 地基激光推移离轨过程建模 67

3.2 离子束推移离轨 74

3.2.1 基本原理 74

3.2.2 离子束管控卫星 74

3.2.3 推进器的需求 76

3.2.4 等离子束的特性 76

3.2.5 转移到碎片上的动量 81

3.3 太阳帆推移离轨 82

3.3.1 基本原理 82

3.3.2 太阳帆的推力 83

3.3.3 太阳帆的特性 84

3.3.4 太阳帆结构与材料 85

3.3.5 太阳帆展开技术 86

3.3.6 技术试验演示验证 88

第4章 增阻离轨清除技术 92

4.1 膨胀泡沫增阻离轨 92

4.1.1 基本构想 92

4.1.2 泡沫分析选择 93

4.1.3 任务航天器设计 96

4.1.4 应用案例分析 98

4.2 静电力增阻离轨 104

4.2.1 基本概念 104

4.2.2 数学模型 104

4.2.3 原理实验 107

4.3 粉尘拦阻离轨 113

4.3.1 单颗碎片与人造粉尘的相互作用 113

4.3.2 考虑空间碎片密度时的作用效果 119

4.3.3 分析结论 124

第5章 捕获离轨清除技术 125

5.1 空间碎片捕获离轨方法概述 125

5.2 空间拖船捕获离轨 127

5.2.1 机械臂 127

5.2.2 △υ预算 128

5.2.3 推进器 130

5.2.4 技术试验演示验证 130

5.3 空间绳系捕获离轨 136

5.3.1 基本工作模式 136

5.3.2 目标捕获装置 139

5.3.3 空间绳网系统组成与捕获过程 140

5.3.4 技术试验演示验证 143

5.3.5 典型空间绳系清除系统计划 145

5.4 容器收集器捕获离轨 148

5.4.1 容器收集器的技术特性 148

5.4.2 气凝胶收集器 149

5.4.3 LAD-C实验系统 150

5.5 天基磁场发生器捕获离轨 152

第6章 服务后重用清除技术 153

6.1 在轨维修后重用 153

6.1.1 航天器维修性 154

6.1.2 在轨维修方式 155

6.1.3 在轨模块更换 156

6.1.4 技术试验演示验证 159

6.2 在轨加注后重用 160

6.2.1 在轨加注方式 161

6.2.2 技术试验演示验证 165

第7章 自主离轨清除技术 168

7.1 充气装置自主离轨 168

7.2 制动帆自主离轨 169

7.3 太阳帆自主离轨 170

第8章 空间碎片清除任务设计 171

8.1 任务需求分析 171

8.1.1 目标碎片筛选 171

8.1.2 降低现役航天器威胁 174

8.1.3 限制碎片数量增长 176

8.2 技术方案比较与评价 177

8.2.1 技术方案分类比较 178

8.2.2 技术方案综合评价 180

8.3 典型任务设计 182

8.3.1 碎片清除顺序 183

8.3.2 目标碎片的特性分析 184

8.3.3 清除方案总体构想 186

8.3.4 任务程序与步骤 187

8.3.5 地面测控任务 192

8.3.6 任务设计示例 193

第9章 法规政策与国际合作 198

9.1 法规政策 198

9.1.1 国际空间组织 198

9.1.2 国际空间法 200

9.1.3 国家空间政策 201

9.1.4 法规政策的困境 202

9.2 国际合作 206

9.2.1 开拓碎片清除市场 207

9.2.2 实现信息共享 208

9.2.3 完善空间法规政策 211

参考文献 214