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空间碎片激光测距微弱信号实时识别方法

测绘学报 2022年第1期51卷 87-94页

作者：马天明赵春梅何正斌张浩越中国测绘科学研究院北京房山人卫激光国家野外科学观测研究站北京100036

针对传统二次滤波算法在空间碎片激光测距微弱信号实时识别中表现出误检率高的问题,基于空间碎片激光测距回波信号时间相关性的特点,本文提出采用一次滤波和线性拟合相结合的方法,顾及微弱信号实时识别的搜索代价与识别精度,实现了空间... 详细信息

针对传统二次滤波算法在空间碎片激光测距微弱信号实时识别中表现出误检率高的问题,基于空间碎片激光测距回波信号时间相关性的特点,本文提出采用一次滤波和线性拟合相结合的方法,顾及微弱信号实时识别的搜索代价与识别精度,实现了空间碎片激光测距微弱信号的实时识别。利用空间碎片激光测距实测数据进行了算法验证,结果表明:本文提出的激光测距微弱信号实时识别算法能够快速准确提取空间碎片的微弱信号,误检率由原来的5.72%降低到0.12%,漏检率由原来的0.77%降低到0.34%,对提高空间碎片的探测成功率具有重要意义。

关键词：空间碎片激光测距微弱信号实时识别线性拟合

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空间碎片检测技术研究进展

激光与光电子学进展 2022年第14期59卷 116-126页

作者：陶江曹云峰丁萌南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

随着空间发射活动的愈加频繁,空间碎片数量急剧增长,严重威胁在轨运行航天器的安全。空间碎片检测是建立空间碎片环境模型的基础,是空间碎片碰撞规避机动的前提,是空间碎片清除任务的先决条件,因此空间碎片检测对维护空间活动安全和空... 详细信息

随着空间发射活动的愈加频繁,空间碎片数量急剧增长,严重威胁在轨运行航天器的安全。空间碎片检测是建立空间碎片环境模型的基础,是空间碎片碰撞规避机动的前提,是空间碎片清除任务的先决条件,因此空间碎片检测对维护空间活动安全和空间的可持续性利用具有重要意义。首先综述了现有的地基、天基空间碎片探测系统,对它们的关键问题进行了分析;总结了基于光学、雷达、激光等探测设备的空间碎片检测技术,并对其中的难点和关键技术进行了介绍;最后探讨了空间碎片检测技术的发展趋势。

关键词：检测空间碎片图像检测雷达探测激光探测

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空间碎片超高速撞击下太阳电池阵伏安特性

物理学报 2021年第18期70卷 360-368页

作者：郑建东周江皮晓丽邹晨李一帆徐坤博龚自正胡帼杰中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术国防科技重点试验室北京100094

太阳电池阵是航天器的电力来源,时常受到微流星体和空间碎片撞击而损伤,导致太阳电池阵输出功率下降.采用二级轻气炮对航天器太阳电池阵开展了空间碎片超高速撞击地面模拟试验,研究了不同撞击速度、弹丸直径、撞击点位置工况下太阳电池... 详细信息

太阳电池阵是航天器的电力来源,时常受到微流星体和空间碎片撞击而损伤,导致太阳电池阵输出功率下降.采用二级轻气炮对航天器太阳电池阵开展了空间碎片超高速撞击地面模拟试验,研究了不同撞击速度、弹丸直径、撞击点位置工况下太阳电池阵伏安特性的衰减规律.共进行了12次试验,其中5次因弹托撞击试件而无效,7次试验数据有效.试验结果显示,弹丸的直径和撞击速度、撞击位置三者均对伏安特性影响较大,地面模拟试验与在轨飞行试验产生的损伤形貌符合良好.通过数据分析了电池阵失效面积与剥落区面积、穿孔面积、弹丸动能、撞击位置四者之间的关系.研究发现,电池阵失效面积与剥落区面积两者之比介于7-37,电池阵失效面积与穿孔面积两者之比介于50-150.撞击在电池片中心区域,失效面积明显高于撞击在电池片边缘或者连接处.电池阵失效面积△S_(SA)与动能E(E=πρd^(3)v^(2)/12)的立方根比较吻合.为了建立功率损失面积与弹丸直径和撞击速度的准确方程,首先假设三者存在幂指数关系,再通过数据拟合方法求解待定系数,最终建立了适用于国内太阳电池阵的功率损失△P_(max)方程和△S_(SA)方程.当撞击在电池片中心区域△P_(max)=0.047dv^(2/3)时,△S_(SA)=260dv^(2/3).当撞击在电池片边缘或者连接处△P_(max)=0.033dv^(2/3)时,△S_(SA)=180dv^(2/3).方程预测偏差在±13.3%以内,平均偏差为7.6%.该方程可用于描述在0°撞击角条件下电池阵功率损失或失效面积两者与弹丸的直径、撞击速度、撞击位置的函数关系.本文的研究方法对我国航天器太阳帆板超高速撞击环境下性能退化评估有借鉴意义,所建立的功率损失方程和失效面积方程,能够预测空间碎片造成的太阳电池阵的功率下降规律和失效面积规律,对我国航天工程实践具有重要的工程应用价值.

关键词：太阳电池阵超高速撞击伏安特性功率损失方程失效面积方程空间碎片

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空间碎片环境的长期演化建模方法

宇航学报 2018年第12期39卷 1408-1418页

作者：张育林张斌斌王兆魁国防科学技术大学空天科学学院长沙410073 清华大学航天航空学院北京100084

针对空间碎片环境的长期演化问题,从宏观和微观两个方面,分别构建了碎片环境的整体演化模型和数值演化计算模型,并在此基础上研究了不同条件下碎片环境的长期演化分布特点,分析了碎片环境的稳定性和主要影响因素。低地球轨道碎片环境在... 详细信息

针对空间碎片环境的长期演化问题,从宏观和微观两个方面,分别构建了碎片环境的整体演化模型和数值演化计算模型,并在此基础上研究了不同条件下碎片环境的长期演化分布特点,分析了碎片环境的稳定性和主要影响因素。低地球轨道碎片环境在未来200年内的演化结果表明,空间目标的相互碰撞解体,是空间碎片不断增加的主要因素;即使停止一切航天发射活动,空间碎片的数量仍在不断增加,表明低地球轨道空间碎片规模已经超越稳定临界点;进一步的发射活动会增强空间碎片环境演化的不稳定性,加剧"碰撞-目标解体-碰撞"反馈连锁碰撞效应。

关键词：空间碎片演化计算碰撞概率空间安全

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基于高阶兰伯特算法的碎片云密度演化分析

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 699-708页

作者：舒鹏杨震罗亚中国防科技大学空天科学学院长沙410073 空天任务智能规划与仿真湖南省重点实验室长沙410073

空间目标解体形成的碎片云在太空不断演化,持续威胁着在轨航天器的安全运行.传统方法多将碎片云视为独立个体的集合,对个体进行推演以获取整体演化特性.这类方法虽易于实现,但需要大量样本以致效率较低.考虑到碎片分布的不确定性特征,... 详细信息

空间目标解体形成的碎片云在太空不断演化,持续威胁着在轨航天器的安全运行.传统方法多将碎片云视为独立个体的集合,对个体进行推演以获取整体演化特性.这类方法虽易于实现,但需要大量样本以致效率较低.考虑到碎片分布的不确定性特征,可利用概率密度变换方法来计算碎片云在空间的密度分布.基于微分代数技术构建了高阶兰伯特算法,再求解系统雅可比的高阶近似,获得了碎片云密度的高阶展开式.通过对解体碎片云的密度演化分析计算表明,采用高阶方法可将计算效率提高10倍,得到的结果相对误差在1%以内.

关键词：空间碎片轨道边值问题概率分布演化微分代数

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空间碎片绳网捕获拖曳恒张力控制

宇航学报 2020年第7期41卷 970-977页

作者：卢山姜泽华刘禹上海航天控制技术研究所上海闵行区201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109

针对空间绳网系统捕获空间碎片后,在轨道转移过程中的精确控制问题,提出一种使用常值拉力将空间碎片拖曳至坟墓轨道的方法。首先,采用牛顿欧拉法建立绳系组合体动力学模型;其次,通过李雅普诺夫方法证明仅使用恒张力即可实现拖曳过程的... 详细信息

针对空间绳网系统捕获空间碎片后,在轨道转移过程中的精确控制问题,提出一种使用常值拉力将空间碎片拖曳至坟墓轨道的方法。首先,采用牛顿欧拉法建立绳系组合体动力学模型;其次,通过李雅普诺夫方法证明仅使用恒张力即可实现拖曳过程的稳定控制;再次,提出采用常值拉力切换控制律抑制空间碎片的姿态章动,采用基于相平面控制原理的控制律抑制绳系组合体面内面外摆动,规避在轨道转移过程中系绳松弛造成缠绕、系绳张力过大造成断裂或两星接近发生碰撞等风险。最后,通过拖曳离轨全过程仿真分析,校验了所提出控制方法的有效性。

关键词：空间碎片绳系系统牛顿欧拉法常值拉力相平面原理

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空间碎片主动清除的合法性构建

空间碎片研究 2023年第1期23卷 39-45页

作者：刘茸蔡高强湘潭大学法学院湘潭411105

空间碎片主动清除是应对空间碎片快速增长问题提出的新兴技术,但由于其所具有的“主动性”和“攻击性”,使清除行为具有一定的争议性。为了保障清除工作的顺利开展,有效维护外空安全,需要界定空间碎片主动清除的合法界限,引导各国在合... 详细信息

空间碎片主动清除是应对空间碎片快速增长问题提出的新兴技术,但由于其所具有的“主动性”和“攻击性”,使清除行为具有一定的争议性。为了保障清除工作的顺利开展,有效维护外空安全,需要界定空间碎片主动清除的合法界限,引导各国在合法范围内开展空间碎片清除工作。对空间碎片享有管辖权的国家是合法清除主体,满足空间碎片“非功能性”和“危害性”特征的空间物体是合法清除对象,以维护外空安全为目的消除空间碎片的行为是合法清除行为。为了保障依法开展空间碎片清除工作,需要规范空间碎片的识别程序、控制“闲置”空间物体的存在年限并对空间碎片清除设置一定的监管措施。

关键词：空间碎片主动清除外空安全合法性外空军事化

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空间碎片监测移除前沿技术与系统发展

科学通报 2018年第25期63卷 2570-2591页

作者：李明龚自正刘国青中国空间技术研究院北京100094 中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所北京100094

空间碎片是人类航天活动产生的太空垃圾.随着航天活动的日益频繁,空间碎片数量快速增加,已经对人类空间资产安全构成了严重威胁,是全世界面临的重大挑战.开展空间碎片主动移除是国际社会的共识,是构建人类命运共同体的重要内容之一,对... 详细信息

空间碎片是人类航天活动产生的太空垃圾.随着航天活动的日益频繁,空间碎片数量快速增加,已经对人类空间资产安全构成了严重威胁,是全世界面临的重大挑战.开展空间碎片主动移除是国际社会的共识,是构建人类命运共同体的重要内容之一,对保障国家空间资产安全、维护国家安全和利益、确保国际外空事务主导地位和太空话语权、塑立航天大国责任和形象、引领高新科技创新发展、促进生成新兴太空经济和产业模式等具有十分重大的意义.本文深入分析了空间碎片环境现状及演化趋势,系统评述了空间碎片监测与移除研究国内外现状与发展趋势,梳理了涉及的关键技术和科学问题.围绕我国太空安全、空间事业可持续发展等重大需求,分析了我国空间碎片监测与移除存在的问题与差距.提出了空间碎片环境治理概念、技术体系构成和以空间碎片"精准监测、高效移除、有效防护"为技术核心,形成功能齐备、性能先进、高效率、低成本、常态化、商业化、国际化的空间碎片环境治理业务能力为目标的系统工程发展建议.

关键词：空间碎片空间资产安全空间可持续发展空间碎片监测空间碎片主动移除空间环境治理工程

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国产高可靠高功率纳秒绿光激光器的新进展

科学通报 2024年第11期69卷 1399-1400页

作者：樊仲维刘昊邱基斯陈艳中王昊成王天齐刘悦亮孙凯华中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学北京101408

空间碎片已对航天事业甚至国家安全构成极大威胁[1,2].激光探测技术是空间碎片精密测量最直接有效的手段,探测原理遵循雷达方程,因而对于特定的激光测距系统,望远镜口径、光学传输效率、探测器效率等已基本固定,提高激光器性能成为提升... 详细信息

空间碎片已对航天事业甚至国家安全构成极大威胁[1,2].激光探测技术是空间碎片精密测量最直接有效的手段,探测原理遵循雷达方程,因而对于特定的激光测距系统,望远镜口径、光学传输效率、探测器效率等已基本固定,提高激光器性能成为提升探测成功率的最根本途径.高功率纳秒激光器作为空间碎片探测系统的核心光源,激光重复频率和峰值能量密度决定了探测距离和精度,尺寸影响系统集成化程度.

关键词：激光探测技术雷达方程绿光激光器重复频率探测距离光学传输激光测距系统空间碎片