空间科学与试验学报

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    综述
  • 综述
    我国近地小行星地基雷达探测系统性能设计和仿真分析
    平劲松, 孙靖
    2021, 21(4): 1-10. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.001
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    利用地基雷达系统进行近地小行星探测具有独特的技术优势,也是行星防御不可或缺的技术手段。本文以此为背景,分析了国内地基雷达自主研发技术能力,探讨了我国近地小行星地基雷达探测系统的性能设计,并针对近地小行星探测的能力和范围开展了仿真分析。同时结合我国深空测控网和射电天文网的技术现状及未来的发展规划,对后续开展近地小行星地基雷达联合探测途径进行了探讨。
  • 综述
    小行星目标特性遥感探测
    吴昀昭, 徐天弈, 温世博, 矫恒越, 徐小萌, 秦楠楠, 张沁葳, 王鹏越
    2021, 21(4): 11-21. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.002
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    近地天体防御方案的制定需要知道小行星的类型、物质成分、表面结构等目标特性。光谱学是获得小行星目标特性的重要手段。过去通过地基望远镜、太空望远镜、太空探测器等获得的光谱数据对小行星有了十分深入的认识,揭示了太阳系小行星分布规律及演化特征。本文首先介绍光谱学基础原理,包括电子过程与分子振动过程,然后介绍与此有关的光度学,最后介绍光谱学及光度学应用,包括小行星分类、太空风化、粗糙度与孔隙度等与小行星目标特性有关的研究。
    • 监测预警
  • 监测预警
    基于月基望远镜的近地小行星观测
    祝寒友, 胡震宇, 申智春
    2021, 21(4): 22-29. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.003
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    近地小行星监测预警是行星防御的重要一环,但是现有的近地小行星观测能力无法实现对大部分百米量级近地小行星的观测,距离行星防御对监测预警的需求仍有较大缺口。针对近地小行星监测预警体系不完善的问题,本文通过分析月基望远镜的选址和口径需求,阐明月基望远镜观测近地小行星的可能性,提出利用月基望远镜进行近地小行星观测的方法能对现有的地基和天基近地小行星监测预警体系进行补充,对近地小行星的定轨能力有较大提升,具有重要意义。
  • 监测预警
    基于CEI系统的低轨非合作卫星测定轨技术验证
    陈略, 路伟涛, 曹建峰, 史学书, 刘也, 任天鹏, 平劲松
    2021, 21(4): 30-36. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.004
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    低轨非合作空间目标的测定轨对于地面重要目标或区域的空间态势感知、安全防卫具有十分重要的作用。地基无线电测量方式是对低轨非合作目标最有效的监测手段之一,但其面临难快速跟踪、难精确测量、难精密定轨等问题,开展实际低轨非合作目标的实测验证试验,将对关键技术验证与性能评估具有重要意义。首先,介绍了基于连线干涉测量(CEI)系统对低轨非合作目标的跟踪试验情况;然后,采集与记录目标外测信号;接着,通过事后信号处理方式,获取了非合作卫星的干涉测量时延观测量、单向开环测速观测量。在有效信号带宽300kHz条件下,干涉测量时延精度为30ns,多普勒频率测量精度为50mHz;最后,通过单基线时延参与定轨验证,成功实现了对于低轨非合作目标从跟踪、测量到定轨的全链条、全系统验证。
  • 监测预警
    小行星(99942)Apophis的轨道改进与Yarkovsky效应测定
    田伟
    2021, 21(4): 37-44. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.006
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    小行星(99942)Apophis作为一个具有潜在威胁的近地小天体,自从被发现以来就倍受关注。Apophis飞掠地球期间,复杂的地月系统引力环境会对其轨道产生显著影响。本文首先分析了太阳系历表不确定度对Apophis轨道的影响,并利用2004-2021年期间的光学和雷达观测数据对Apophis的轨道和Yarkovsky效应参数A2进行了测定。结果表明2021年的观测数据显著地提高了Apophis轨道的确定精度和Yarkovsky效应的测量信噪比。2004-2022年期间的Apophis轨道误差小于10km(9σ),Yarkovsky效应参数的测定结果为公式(对应信噪比约为22.8)。
    • 在轨处置
  • 在轨处置
    基于核爆炸的小行星偏转方案分析
    汤文辉, 张昆, 冉宪文
    2021, 21(4): 45-48. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.007
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    介绍了基于上面核爆炸偏转小行星的基本原理,建立了计算模型,采用有限元方法以及能够描述气化反冲的PUFF物态方程进行了数值模拟。假定小行星是由花岗岩构成的密实球体(密度为2.63g/cm3,直径取300m,质量为3.7×1010 kg),核爆炸装的TNT当量取100万吨,核爆炸X射线能谱为1.5keV黑体谱,爆炸距离小行星表面1000m,可在小行星表面产生约1.4×1010N·s的气化反冲冲量,该冲量可以使小行星产生0.38m/s的附加速度。若小行星速度取为20km/s,且冲量方向与小行星速度垂直,可以产生1.1×10-3度的最大偏转角。结果表明,利用核爆炸是完全可以对小行星进行有效偏转的。此外,由于影响因素较多,本文对后续研究进行了展望。
  • 在轨处置
    近地小行星动能撞击的最优撞击方案分析
    李涛, 覃金贵, 任磊生, 李毅
    2021, 21(4): 49-54. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.008
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    通过动能撞击潜在威胁小行星以使其轨道偏转,是目前而言技术成熟度最高且也是未来最为可行的行星防御方案之一。分析确定对小行星的最优撞击位置和撞击方位,以最大化轨道偏转效果,对于动能撞击防御方案的设计具有重要意义。论文以偏转Apophis小行星为例,给出一种最优撞击方案的初步设计方法。首先,根据小行星和地球的轨道交会几何关系,分析确定动能撞击的轨道偏转目标;随后,将小行星受动能撞击简化为航天器的脉冲推力变轨,利用二体轨道理论,推导得到在预定偏转目标下,撞击器对小行星的最优撞击位置和撞击方位;最后,建立小行星受摄运动的数值轨道预报模型,对最优撞击方案下小行星的实际轨道偏转量进行评估验证。结果表明,该撞击方案的轨道偏转效果与实际情况基本吻合,证明所提的优化方法对于精细化的撞击防御方案设计具有一定参考价值。
  • 在轨处置
    近地小天体动能撞击器GNC系统设计与仿真研究
    韩柠, 吴铁成, 刘辉, 衣样, 李雅楠, 宋小春, 杨伟光, 董炀
    2021, 21(4): 55-61. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.009
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    近地小天体具有目标特性不明显、发现困难,轨道周期不确定、难以预测等特点。近年来,随着航天技术的持续发展,近地小天体撞击地球风险分析及在轨处置等问题成为了空间科学领域的研究热点。通过动能撞击方式对小天体进行拦截及偏转的模式是在轨应急处置的有效手段,本文对此开展研究,提出了目标识别与制导控制方案,采用基于边缘提取的形心定位方法确定目标视线矢量,采用改进比例导引方法实现对目标的精确撞击,并搭建了半实物仿真平台,对目标识别算法、制导控制算法的有效性进行验证评估。
  • 在轨处置
    吉林松原流星进入大气层过程及对地面的影响分析
    党雷宁, 梁世昌, 黄洁, 柳森
    2021, 21(4): 62-71. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2021.04.010
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    北京时间2019年10月11日,一颗流星在我国吉林松原附近进入大气层。本文首先分析了NASA CNEOS网站数据、现场视频以及陨石搜寻结果等观测数据,然后利用项目组建立的小行星进入与撞击效应分析评估软件AICA,计算分析了流星进入大气过程及对地面的影响,得到对流星母体结构的合理推测。本文的计算分析指出,松原流星的母体质量约为2.4t,是具有碎石堆结构的石质小行星;流星进入大气过程中,在69.8km高度初次解体,在47.3km高度发生主空爆,随后又发生了若干次小空爆,在30km高度以上所有大尺寸碎片都通过解体或烧蚀的方式消耗完质量,没有大尺寸陨石降落到地面;流星进入大气的冲击波和热辐射效应较小,不会对地面人员和实施造成损伤。