1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 研究生院,四川 绵阳 621999
3 先进激光与高功率微波全国重点实验室,四川 绵阳 621900
针对当前空间碎片数量急剧增长问题,探究基于强电磁辐照的主动清除手段的可行性,以多层隔热结构作为典型危险空间碎片模型,重点关注其电磁响应敏感的金属镀层部分,通过构建复杂多环境因素物理场,在S波段强电磁辐照和真空环境下进行了验证实验。实验结果表明,在10−3 Pa量级的真空环境下,强电磁脉冲与多层隔热结构金属镀层发生相互作用,引发放电现象并产生等离子体,同时伴随着宏观动力学特性的改变。通过观察和分析,我们探讨研究了可能的物理过程,包括强场击穿导致材料点放电、面闪络引起材料网状放电和镀层损伤、粒子吸收微波能量导致材料变形以及等离子体烧蚀引起材料损毁等。该研究为利用强电磁脉冲辐照主动移除危险空间碎片提供了重要的技术支持。
电磁辐照 空间碎片 隔热材料 放电损伤 electromagnetic irradiation space debris heat insulation material discharge damage 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043028
1 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院,西安 710048
2 西安外事学院 工学院,西安 710077
为了研究纳秒脉冲激光与铝靶碎片的相互作用规律,建立了纳秒脉冲激光辐照铝靶碎片的动态响应仿真模型,采用COMSOL软件分析了不同作用时间和不同入射激光功率下的等离子体反喷羽流动力学特性,得到了不同激光参数变化对脉冲激光辐照铝靶碎片产生等离子体反喷羽流的演化规律。结果表明,相同脉冲激光功率作用下等离子体羽流反喷速度随作用时间的增加而增大; 相同脉冲激光时间作用下,随着激光功率增加,等离子体反喷羽流的最大速度也不断增大; 由于受等离子体屏蔽效应的影响,反喷羽流速度在25 μs附近达到最大,在700 kW时最大速率为1.87×104 m/s,此时等离子体反喷羽流扩散半径增加了17 mm。该研究为纳秒脉冲激光辐照铝靶空间碎片降轨移除工程化应用提供了理论参考。
激光技术 等离子体羽流 数值模拟 反喷速度 空间碎片 laser technique plasma plume numerical simulation expansion velocity space debris
Author Affiliations
Abstract
1 Group of Applied Astronomy, Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650216, China
2 Key Laboratory of Space Object & Debris Observation, PMO, CAS, Nanjing 210008, China
Space Debris Laser Ranging (DLR) is a technique to measure range to defunct satellites, rocket bodies or other space targets in orbits around Earth. The analysis shows that one of the reasons for the low success probability of DLR is the inaccurate orbital prediction of targets. Then it is proposed to use the Superconducting Nanowire Single-Photon Detector (SNSPD) running in automatic-recoverable range-gate-free mode, in which case, the effect of the accuracy of the target’s orbital prediction on the success probability of DLR is greatly reduced. In this way, 249 space debris were successfully detected and 532 passes of data were obtained. The smallest target detected was the space-debris (902) with an orbital altitude of about 1000 km and a Radar Cross Section (RCS) of 0.0446 m2. The farthest target detected was the space-debris (12,445) with a large elliptical orbit and an RCS of 18.2505 m2, of which the range of the normal point (NPT) of the measured arc-segment on January 27, 2019 was 6260.805 km.
Space Debris Laser Ranging The success probability of DLR Range-gate-free mode Superconducting Nanowire Single-Photon Detector Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023002
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220709
1 中国科学院上海天文台, 上海
2 中国科学院卫星与碎片观测重点实验室, 南京
3 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海
4 北京工业大学激光工程研究院, 北京
空间碎片严重威胁在轨运行航天器的安全, 并且对有限的轨道资源造成严重浪费。利用皮秒激光探测是高精度空间碎片激光测距的发展趋势。但是单脉冲运转的皮秒激光器峰值功率较高, 易损坏光学器件, 其能量与功率进一步提升难度较大。当皮秒激光以脉冲串方式运转时, 可将脉冲能量分散到每个脉冲上时, 不仅可以降低各单脉冲能量、避免器件损坏, 也使得进一步提高皮秒激光输出功率成为可能。因此, 脉冲串皮秒激光器对空间碎片的探测起到了重要推动作用, 近几年得到了广泛关注。对脉冲串产生方法及激光进行概述, 为从事超快皮秒激光研究人员及超快皮秒激光的应用提供技术参考。
脉冲串 皮秒激光 空间碎片 激光测距 pulse burst picosecond laser space debris laser ranging
1 北京控制工程研究所,北京 100190
2 航天东方红卫星有限公司,北京 100094
针对空间碎片天基观测量与编目数据库在轨关联难题,建立天基光学相机对空间碎片的观测模型,分析在轨应用环境对观测信息的影响,基于碎片轨迹一致性检测设计识别方法。为适应在轨应用的需求,提出了DTW与轨迹形貌差异量化检验融合的空间碎片识别方法。首先,依据DTW原理筛选出与待检测真实轨迹形貌最接近的预报轨迹;进一步,将初选相似轨迹之间的形貌差异量化为轨迹间总误差的标准差;最后,通过统计量检验实现轨迹一致性确认,轨迹一致则碎片成功识别。对所提出方法与轨迹直线拟合参数误差检验识别法进行碎片识别稳定性的仿真与实验对比。结果表明:DTW与轨迹形貌差异量化检验融合识别法是一种更稳定的碎片识别方法,对仿真及实验中的全部碎片及低轨卫星均能实现稳定识别,较轨迹直线拟合参数误差检验识别法稳定性明显提升。文中提出方法具有不受碎片运动特性、观测环境等因素影响的特点,可在卫星感知与防护领域广泛应用。
空间碎片 天基观测 轨迹一致性检测 统计量检验 space debris space-based observation trajectories consistency detection statistical testing 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220076
伴随着航天技术井喷式发展和太空力量的迅猛推进,人类在太空的活动越来越频繁,期间产生了数量庞大的空间碎片,严重威胁了在轨航天器与航天员的安全。为应对空间碎片带来的潜在危险,快速观测空间碎片状态,获取尺寸、外形、运动状态等特征信息尤为重要。本文对现有的天基空间碎片观测系统及其技术手段进行了归纳与总结,并提出若干发展建议,探究天基空间碎片观测手段的发展趋势,为构建未来天基空间碎片的观测系统提供参考。
测量 空间碎片 天基观测 发展趋势 光学学报
2022, 42(17): 1712002
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
2 上海科技大学信息科学与技术学院,上海 201210
超前瞄准角计算精度和时间极为重要,直接影响系统跟瞄精度和碎片测距距离。在使用极短弧段的光学测角数据定轨时,稀疏观测数据常常导致定轨结果不收敛,进而无法利用传统方法计算出精确的超前瞄准角。提出了一种新的超前瞄准角计算方法,利用卫星平台搭载的惯性传感器和光学探测器所测数据,使用基于Levenberg-Marquardt算法的数据融合算法解算出相对运动的角速度,再结合轨道预报中相对精确的距离信息求解超前瞄准角。在使用极短弧段光学测角数据定轨的工作条件下,新的超前瞄准角计算方法误差小于0.1 μrad,收敛时间最短为10 s,均优于传统计算方法,满足激光测距系统的瞄准精度要求。
测量 激光测距 空间碎片 超前瞄准 短弧定轨 数据融合 光学学报
2022, 42(18): 1812003