空间科学与试验学报

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行星防御

“双小行星重定向测试”任务分析与小行星防御任务总体设计

张海波, 陈杨, 郭聪, 程实, 朱基聪

2023, 23(3): 1-18. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.001

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2022年9月27日,美国“双小行星重定向测试”（DART）任务对Didymos双小行星系统中的次星Dimorphos实施6.2km/s高速撞击,撞击使次星绕主星运行周期缩短32min。DART任务首次实现了人类对近地小行星偏转在轨演示,验证了深空高速撞击高精度制导控制、高速撞击偏转效果数值仿真和评估等实用化小行星防御关键技术,证明了动能撞击方式对小行星偏转的可行性。此次任务对人类未来主动应对小行星撞击威胁具有里程碑意义。本文对DART任务目标选择、任务设计、制导控制、偏转评估等方面进行分析,在此基础上提出了两种形式的小行星处置任务总体设计,并对任务轨道、地面可观测性、偏转效果等进行分析。

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监测预警

一种利用卫星星历计算机动加速度的方法

崔双星, 杨志涛, 刘卫, 王荣兰, 向开恒, 贺泉, 吴中灏

2023, 23(3): 19-28. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.002

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对于近地轨道卫星,由于受大气影响较大,轨道机动比较频繁, 轨道机动的快速检测以及推力的计算,对保障空间目标运行安全及故障分析意义重大。本文基于公开发布的卫星星历数据,提出了基于卫星星历识别轨道机动的方法,并通过轨道预报迭代反演和能量转化两种方式,实现了小推力条件下卫星轨道机动加速度的计算,两种计算方法计算结果有很好的一致性。应用该方法基于星历文件对多个星座目标进行机动识别与加速度解算,以解算结果对卫星轨道进行星历仿真,仿真结果与发布的星历基本一致。

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监测预警

大视场空间目标搜索相机鬼像抑制及试验验证

胡雄超, 宋卿争, 马英超, 郑循江, 杨宵

2023, 23(3): 29-35. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.003

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大视场空间目标搜索相机光学系统由多片透镜组合而成,杂散光进入视场时在像平面上产生鬼像,对目标提取产生影响,须对鬼像进行抑制。首先,分析了实际搜索相机地面观星试验时月光进视场图片及星点质心数据,确定鬼像区域存在杂点被误提取;然后,根据大视场光学系统特点,结合光学设计软件ZEMAX仿真确定了产生鬼像的原因;最后,提出了在探测器玻璃保护盖上增加光学截止膜的方法来抑制非正常鬼像并进行了观星试验验证。结果表明：增加光学截止膜后搜索相机鬼像区域平均灰度值由78（@8bit）降低到64,能量下降了17.95%;鬼像边缘与中心灰度差由22降低到13,可有效避免鬼像区域杂点被误提取。

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防御减缓

立方体弹丸超高速撞击薄板碎片云及穿孔特征仿真分析^*

成建峰, 刘筱玲, 邓勇军, 韩炜隆, 罗华, 刘昕

2023, 23(3): 36-45. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.004

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目前主要是采用球形弹丸进行超高速撞击碎片云的研究工作,而空间碎片的实际形状大部分都并非球形,因此很有必要完善和深化非球形弹丸超高速撞击碎片云的相关研究。为此,本文采用非线性动力学软件AUTODYN-3D对立方体弹丸超高速撞击铝薄板所产生的碎片云及薄板穿孔特性进行数值仿真分析,得到了立方体弹丸在三种撞击姿态下以5km/s速度超高速撞击1.25mm厚铝薄板10μs内碎片云的演化过程,以及10μs时刻下的碎片云特征点速度参数和薄板穿孔特征参数随弹丸撞击姿态、撞击速度和无量纲参数薄板厚度与立方体弹丸边长之比H/L变化的规律。分析结果表明：三种撞击姿态下的碎片云在碰撞发生4μs之后均已经进入稳定的匀速膨胀阶段;除了角撞击的V_2d/V不受撞击速度V的影响和面撞击的V_2d/V不受薄板厚度与立方体弹丸边长之比H/L的影响之外,其它工况下的特征点速度参数均随V的增加而逐渐增大,随H/L的增加而逐渐减小;撞击速度V和薄板厚度与立方体弹丸边长之比H/L的增加有助于穿孔尺寸的扩展,而撞击姿态则对薄板穿孔形状特征影响更显著。

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防御减缓

立方星阻力帆气动特性的DSMC模拟

李锦, 江定武, 黎昊旻, 万钊, 王新光, 毛枚良, 陈坚强

2023, 23(3): 46-53. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.005

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立方星的大量发射将加剧近地轨道的空间碎片问题。阻力帆技术利用气动阻力,可使得卫星被动离轨并进入大气层烧毁。离轨周期的计算需要对稀薄气动特性做出精确预测。本文采用NNW-DSMC软件,对立方星阻力帆离轨装置在不同高度下的稀薄绕流流场进行数值模拟,分析了气动特性的变化规律。结果表明,NNW-DSMC的计算结果与文献结果吻合良好（阻力系数与参考结果的相对误差小于1%,最大热流的相对误差在6%以内）,进一步验证了其计算精度和可靠性。将碰撞松弛数设置为温度的函数后,转动和振动温度降低,平动温度升高,流场总温度也增加了约10%。为增加模拟的保真度,应将松弛碰撞数设置为温度的函数。本文结果可为后续的立方星离轨动力学分析提供支撑。

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防御减缓

材料界面效应对防护结构性能的影响

柯发伟, 文雪忠, 邹胜宇, 黄洁

2023, 23(3): 54-60. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.006

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为了获得轻质、高性能的抗空间碎片撞击防护结构,本文总结分析了相关防护结构的缓冲屏、填充层材料、后墙中的界面效应对防护构型损伤特性和防护性能的影响规律,并开展了相应的超高速撞击试验,发现了界面效应可提高防护结构的防护性能,提出了相应的优化改进措施实现更多的材料界面效应,为空间碎片防护结构的改进、优化提供了参考。

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防御减缓

高温高应变率加载下Ti-5553钛合金动态力学性能研究

徐欣, 王琳, 王瑞显, 扈勇强, 龚自正, 张品亮

2023, 23(3): 61-69. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.007

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钛合金是遥感类航天器推进系统重要的结构支撑材料,面对空间碎片日益增多的威胁,探究新型钛合金材料的动态力学性能是航天器空间防护的重要技术之一。本文利用高温分离式霍普金森杆（SHPB）对新型Ti-5553钛合金的等轴组织（R1）和双态组织（R2）材料进行动态力学测试,测试温度分别设定为200℃、400℃和600℃,应变率为1200s^-1和2500s^-1。试验结果表明：在高温高应变率加载条件下,Ti-5553钛合金双态与等轴组织,随着温度的升高,流变应力均下降,而应变变化不明显,即2种组织高温动态压缩力学行为相似;环境温度低于200℃时,双态组织的温度敏感性高于等轴组织,而塑性吸收功小于等轴组织,表现出较高的绝热敏感性;环境温度高于200℃时,等轴组织的温度敏感性高于双态组织,而塑性吸收功小于双态组织,表现出较高的绝热敏感性;Ti-5553钛合金2种组织均在高温高应变率下发生了剪切破坏,靠近剪切带的α相沿着剪切方向被拉长细化。本文获取的新型Ti-5553钛合金动态力学规律可为航天器空间防护结构设计提供基础数据。

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政策法律

欧盟太空交通管理方案研究

段锋

2023, 23(3): 70-80. https://doi.org/10.19963/j.cnki.2096-4099.2023.03.008

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2022年2月15日,欧盟委员会和欧盟外交与安全政策高级代表共同发布《致欧洲议会和欧盟理事会的联合通报——欧盟太空交通管理方案/欧盟在应对全球挑战中的贡献》。这是欧盟官方发布的首份关于太空交通管理的方案,其意义堪比美国的《国家太空交通管理政策》,体现了欧盟官方对太空交通管理事务的高度重视和各成员国的一致决心,也使欧盟成为全球太空交通管理建设的主要力量。该方案回答了欧盟太空交通管理“是什么、为什么、怎么办”的内涵,尤其是4条发展途径及相应的10项行动计划构成了方案的核心内容。方案定位于管理而非协调,预示着未来不同于美国的发展道路以及潜在的与美国路线的冲突。方案有着较为浓厚的“调和”色彩：坚持在多边主义立场下建设欧盟的区域性太空交通管理系统,同时力图在全球系统建设中发挥主要作用;坚持欧盟的战略自主,同时把与美国的合作置于优先位置,并继续依赖于美国的相关数据;坚持民用机构来管理太空交通事务,同时也要求体现防务和安全方面的需要。欧盟太空交通管理呈多层级状态,其中,中间的国家层是主体,上层的欧盟领导略显乏力,下层的工业界参与有限。方案有望改变这一状态,使欧盟橄榄形的太空交通管理结构发展成为柱形结构。方案将对全球各国安全、可持续地利用太空发挥一定作用。

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