基于激光技術(shù)空間碎片的主動(dòng)移除.pdf

1、隨著航天理論技術(shù)越發(fā)成熟，人類探索太空的活動(dòng)也越來越頻繁。自第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射至今，人類的太空發(fā)射活動(dòng)已取得了快速的發(fā)展和巨大的成功，與此同時(shí)也造成了數(shù)量眾多的空間碎片。日益增長的空間碎片已經(jīng)影響到人類正常的太空活動(dòng)，除此之外也給空間站和其他在軌航天器等帶來十分嚴(yán)重的危害，因此如何減緩或者主動(dòng)清除空間碎片則是目前面臨的關(guān)鍵問題。本文則主要針對(duì)利用地基激光清除空間碎片的方法，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的理論分析和仿真研究。
　　本文首先介紹

2、了地基激光清除系統(tǒng)的組成以及清除空間碎片的整個(gè)工作流程。激光清除空間碎片是利用激光的高能量將碎片表面燒蝕并獲得反噴沖量，從而降低空間碎片的軌道速度，減小其近地點(diǎn)高度。當(dāng)空間碎片運(yùn)動(dòng)到地心與地基激光器連線處，這時(shí)稱之為過頂。因?yàn)榧す獾哪芰亢凸β拭芏葻o法實(shí)現(xiàn)空間碎片經(jīng)一次照射或完成一次過頂就能被成功清除，所以需要進(jìn)行多次激光照射和多次過頂，當(dāng)某次激光照射前空間碎片的近地點(diǎn)高度到達(dá)進(jìn)入大氣層燒毀的臨界值時(shí)，則認(rèn)為空間碎片可以進(jìn)入大氣層燒毀，即

3、成功清除空間碎片。然后根據(jù)這一原理，建立激光清除空間碎片的模型，并考慮空間碎片初始軌道為圓形和橢圓形的兩種情況。由于激光在傳輸中會(huì)受到大氣吸收、散射、湍流和非線性效應(yīng)等一系列影響，綜合分析這些影響因素，根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證計(jì)算激光清除一塊空間碎片所需的照射次數(shù)、時(shí)間以及空間碎片的過頂次數(shù)。最后研究同一碎片經(jīng)不同激光照射以及同一激光照射不同碎片的兩種情況，就兩者的清除效果進(jìn)行分析比較。
　　結(jié)果表明：利用平均功率30kW，脈沖能量15k

4、J，重復(fù)頻率2Hz，脈沖寬度為10ns的激光成功清除近地點(diǎn)高度位于870km的Na/K冷卻劑碎片，碎片需要完成5次過頂，并進(jìn)行174次激光照射，整個(gè)過程需要激光照射時(shí)間為87.5秒。最后的仿真結(jié)果表明，清除空間碎片所需的激光照射次數(shù)隨著空間碎片速度增量、沖量耦合系數(shù)以及激光平均功率、脈沖寬度的增加而減少；并隨著空間碎片初始軌道高度和激光重復(fù)頻率的增加而增多?？臻g碎片的過頂次數(shù)只會(huì)隨著碎片初始軌道高度的增加以及激光脈沖寬度的減小而增多。根