中国人民解放军陆军工程大学 军械士官学校，湖北 武汉 430075
在绕地轨道上残留着大量的空间碎片，这些人类航天活动造成的太空污染已经严重威胁到太空飞行器的安全。其中，直径在1~10 cm之间的碎片具有致命的潜在危害，是急需解决的麻烦。激光清扫空间碎片也愈来愈引起科学领域的关注，其中天基脉冲激光是清扫这类小型空间碎片的有效技术途径之一。由于现有方案中的天基超短脉冲、超大能量、紧凑可靠的激光器在工程上难以实现，笔者创新提出了自由振荡脉冲激光天基清扫空间碎片的思想与方案。通过模拟分析发现自由振荡激光的脉冲持续时间是其产生大冲量的优势，从机理和效应上与纳秒激光进行了对比，证明了“热金属蒸气反喷”比“等离子反喷”的冲量增量与能量利用率更高。建立了激光消融金属的物理模型，模拟分析得到了当激光功率密度大于5×106 W/cm2时，金属液滴的直径一般不大于60 μm的结果，说明了激光清扫空间碎片过程中相伴产生的“微碎片”不会有“次生危害效应”，反而能在一定程度上加速碎片清扫。该文为自由振荡激光器在天基清扫碎片的领域应用奠定了基础。
天基激光 自由振荡激光 空间碎片 毫秒激光 space-based laser free running laser space debris ms laser 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20200198
红外与激光工程
2020, 49(8): 20200203
1 中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
分析了用于对地成像的天基合成孔径激光雷达(SAL)系统指标,采用10 m口径膜基衍射光学系统以满足功率口径积的要求,用合成孔径雷达相控阵天线模型分析了器件参数和衍射光学系统的波束方向图。针对大口径衍射光学系统存在的孔径渡越问题,提出了基于数字信号处理的高距离分辨率信号补偿聚焦方法。研究结果表明:10 m衍射口径天基SAL系统有可能对远距离特定目标进行高数据率、高分辨率成像跟踪,该技术的实现具有一定的可行性。
探测器 天基激光雷达 合成孔径成像 衍射光学系统 孔径渡越补偿 雷达方程 中国激光
2018, 45(12): 1210002
空军工程大学 信息与导航学院, 陕西 西安 710077
通过建立空间碎片自旋与非自旋模型, 分析了天基激光作用下碎片速度的变化规律, 在此基础上研究了激光辐照作用下空间碎片的变轨模型。通过仿真分析空间碎片的近地点与远地点高度的变化量在碎片运行轨道不同位置与高能脉冲激光作用的变化规律, 对比分析激光在不同辐照角度下与碎片作用时的降轨清理效果。研究结果表明: 天基激光清除空间碎片存在最佳作用区域, 降轨清理的最佳位置在初始真近角f=120°和f=240°位置附近; 激光作用碎片的辐照角度对碎片的降轨清理效果有较大影响, 激光在不同辐照角度与碎片作用时的降轨清理效果相对碎片轨道椭圆主轴具有对称性。
空间碎片 天基激光 降轨 冲量耦合 space debris space-based laser de-orbit impulse coupling
装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
厘米级空间碎片对在轨航天器的威胁极大, 高能激光辐照使其降轨进入大气层烧毁是近年来的研究热点。针对空间站附近厘米级空间碎片, 利用天基平台搭载高能激光器, 提出了多脉冲激光降轨的计算方法。仿真结果表明, 天基平台激光清除厘米级空间碎片的前提是空间碎片处于“清除窗口”, “清除窗口”的选择是能否实现空间碎片降轨的关键; 根据已有的激光器及天基平台参数, 空间碎片多脉冲激光降轨可以达到清除效果; 多脉冲降轨结果表明, 空间碎片偏心率变化较大, 造成其半长轴与远地点变化幅度很小而近地点变化幅度很大, 而轨道倾角变化幅度很小; 当降轨幅度相同时, 需要施加的多脉冲速度增量总和与一次性施加的单脉冲速度增量基本相同, 但降轨效果相差较大, 不能通过一次单脉冲计算近似表示多脉冲降轨效果。通过上述问题的研究, 为进一步实现空间碎片天基激光探测清除一体化仿真研究奠定基础。
空间碎片 天基激光 多脉冲 清除窗口 space debris space-based laser multiple pluses cleaning window 红外与激光工程
2017, 46(3): 0329005
空军工程大学 信息与导航学院, 陕西 西安 710077
通过选取LEO区域中两种典型材料的小尺度空间碎片, 分别建立了相应的强激光与靶材的冲量耦合模型, 研究了高能脉冲激光与靶材作用下碎片速度的变化规律。在此基础上建立了激光辐照作用下小尺度空间碎片的变轨模型。通过仿真分析, 对假定功率激光器作用下两种典型材料空间碎片轨道参数的变化规律进行了数值模拟, 并讨论分析了碎片自旋角速率及不同功率的激光器对碎片清理效能的影响规律。研究结果表明, 在假定功率的天基平台激光器作用下能在一个飞行周期内辐照两种典型材料碎片达到降轨清除效果, 为天基平台激光清除空间碎片技术的应用提供了必要的理论基础。
空间碎片 天基激光 降轨 冲量耦合 space debris space-based laser de-orbiting impulse coupling 红外与激光工程
2017, 46(3): 0329004
武汉军械士官学校光电技术研究所， 湖北 武汉 430075
机载、星载、舰载、车载等不同平台应用的战术激光**发展现状表明，尽管现有系列试验都只能在较近射程上打击火箭弹、无人机等目标，但却体现了战术激光**的实战前景。战术激光**的关键技术主要有高能脉冲或脉冲/连续复合固体激光器技术、合束技术等。激光**的发展趋势已由超高功率战略威慑转向中低功率战术应用；舰载激光**有望成为最先实战装备；天基激光**由于其具有极高的战略价值、无大气影响的绝佳的太空工作环境，以及无需太高的激光功率等优点，成为激光**研究的重要方向之一。激光**在不久的将来会成为改变现有战争形态的一种颠覆性**。
激光光学 激光** 合束 天基激光** 激光与光电子学进展
2016, 53(11): 110004
装备学院激光推进及其应用国家重点实验室，北京 101416
利用激光方式清除低轨大量的厘米级空间碎片已经成为国际上的研究热点。激光清除空间碎片是巧妙地利用了碎片在激光辐照下的冲量耦合特性和冲量作用下的减速降轨特性。围绕着冲量耦合和减速降轨特性，讨论了激光辐照下空间碎片等离子体羽流喷射、激光辐照空间碎片冲量耦合效应测试、天基平台激光辐照下空间碎片轨道预测以及用于碎片清除的天基平台激光器参数设计四个关键问题，分析了涉及的技术难点，可采用的研究方法，以及能够实现的技术水平。通过对关键技术问题的探讨，为进一步开展天基激光清除碎片技术工程化奠定基础。
天基激光 空间碎片 等离子体羽流 冲量 降轨 space based laser orbital debris plasma plume impulse de-orbit 红外与激光工程
2016, 45(2): 0229001
针对离线集中式卫星资源调度算法不能有效适应任务与资源动态变化和不能满足任务高实时性的问题，研究了未来天基激光网络中在线分布式的接入调度方法。分析了激光网络接入调度问题特点和约束条件，通过引入排队策略实现了算法的分布计算和在线调度；通过增加抢占优先权策略实现了网络对实时任务的支持；建立了接入节点上的排队系统模型，利用二维马尔可夫链对模型进行分析求解，得到了平均队长、平均等待时间和接入阻塞率等性能参数；给出了一个仿真场景，并对该算法进行数值仿真，结果表明，与离线集中式调度算法相比，在线分布式算法将任务等待时延降低了10%以上，阻塞率降低了90%以上，达到了实现任务在线调度和提高调度实时性与高效性的目的。
激光通信 天基激光网络 接入调度 在线分布式 排队模型 抢占优先级 激光与光电子学进展
2016, 53(3): 030601
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
介绍了天基激光**系统的概念、组成、应用和关键技术, 分析了激光对目标的杀伤程度, 并给出了相应的参考阈值。针对系统的关键问题提出一些解决方法, 包括高能激光器的研制和种类, 大口径反射镜研制技术和结构形式, 以及天基目标捕获跟踪瞄准(ATP)系统精度的影响因素和提高精度的方法。通过对天基激光**系统发展的研究, 为该系统的进一步发展和精度的提高提供研究方向和理论基础。
航天技术 天基激光** 高能激光器 大口径反射镜 跟踪瞄准系统 space technology space-based laser weapon high-energy laser large-aperture mirror tracking and pointing system
