天基激光清除小尺度空间碎片变轨模型研究

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。     

小尺度空间碎片天基激光清除过程研究

选取LEO区域中典型材料的小尺度空间碎片,建立了相应的靶材模型,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,对高能脉冲激光作用下典型空间碎片轨道参数的变化规律进行了数值模拟。研究结果表明,设定的天基平台激光站能在一个飞行周期内辐照典型材料碎片达到降轨清除的目的,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。     

天基平台激光清除厘米级空间碎片关键问题探讨

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。     

地基激光驱动空间碎片降轨特性研究

为了研究小尺度空间碎片的降轨特性,建立了空间碎片自旋与非自旋模型,理论分析了地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。采用理论仿真的方法,分析了在高能脉冲激光作用下空间碎片的近地点与远地点高度、半长轴及偏心率随初始真近角的变化规律。结果表明,地基激光清除空间碎片存在最佳作用区域,自旋碎片在初始真近角86°~151°范围内降轨效果最佳,非自旋碎片在初始真近角130°~162°范围内降轨效果最佳。自旋空间碎片降轨效果明显优于非自旋空间碎片。     

真空环境下脉冲激光烧蚀等离子体羽流特性分析

激光清除空间碎片利用的是高能脉冲激光烧蚀固体靶材的冲量耦合效应,对于空间碎片来说,激光辐照下的反冲冲量取决于碎片等离子体羽流的喷射过程,并且会随着激光辐照方向的变化而变化。因此,有必要研究空间碎片激光辐照下的等离子体羽流特性。针对等离子体羽流的流场超高速、瞬态、强自发光背景、小尺度的技术难点,采用纳秒级曝光、多幅照片精确拼接技术,采用高速相机和激光器同步时序控制技术,实现纳秒级时间分辨率、亚微米级空间分辨率的流场演化信息定量测量,实验获得典型碎片材料等离子体羽流演化特性,以及不同激光入射角度下的等离子体羽流演化过程,实验结果可揭示反喷冲量形成规律。     

自由振荡激光天基清扫空间碎片机理研究

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.     

空间碎片激光清除系统中的激光参数选择

对比分析了地基激光和天基激光清除空间碎片系统的优缺点,结果表明更适合优先发展地基激光清除系统。对比分析了连续激光与脉冲激光的优缺点,结果表明脉冲激光在空间碎片清除系统中更具优势。讨论了波长、重复频率、光束质量等因素对空间碎片清除的影响,结果表明远红外激光和近红外激光各具优缺点,空间碎片清除对重复频率的要求较低,对光束质量的要求较高。对于地基激光清除空间碎片系统中激光参数的选择提出了合理化建议。     

地基激光辐照近地轨道小尺度空间碎片作用规律研究

通过研究脉冲激光与铝靶碎片的膨胀运动以及冲量耦合的相互作用,仿真分析了铝靶碎片在等离子体作用下的速度和压力时空分布规律以及冲量耦合系数与激光功率密度之间的定量关系;在此基础上,建立了基于地基的脉冲激光辐照近地轨道小尺度空间碎片动力学变轨仿真模型,模拟研究了近地轨道小尺度空间碎片移除过程中轨道偏心率与近地点高度随激光脉冲数目变化的影响规律。结果表明:在最优冲量耦合系数作用下,当脉冲数目达到180次轨道偏心率为0.071时,基于此文的条件可实现近地轨道小尺度空间碎片的有效移除。预期成果可为高能激光移除近地空间碎片技术的应用提供技术指导。     

单脉冲皮秒Nd:YAG倍频激光器

介绍一种氙灯抽运的单脉冲皮秒Nd:YAG倍频激光器,该激光器由振荡级、单脉冲选取、放大级、倍频和扩束准直等部分组成,激光器的振荡级利用被动锁模染料产生的锁模序列脉冲激光,经过单脉冲选择部分选取出其中的一个单脉冲,此单脉冲经过激光器放大部分的放大和倍频晶体的倍频后,激光器最终可输出能量达到120 mJ、波长为532 nm的单脉冲激光.该激光器的振荡级采用自行研制的光漂移控制仪,使激光器输出激光的外触发同步精度优于2μs.     

高能固体热容激光器大气热晕效应数值分析

气溶胶粒子从高能激光光束中吸收了能量,通过热传导加热空气,造成空气在光束内形成了温度的不均匀分布,产生对激光波面的影响,从而影响高能激光的传输.对单个和群体气溶胶粒子在单脉冲和多脉冲作用下的行为进行了详细分析;在粒子间距小于高能固体热容激光器的热传导特征半径时,只引起光的散射,而在粒子间距大于高能固体热容激光器的热传导特征半径时,可等效于分子吸收所致热晕.通过数值计算,在一定的简化计算条件下,热晕对高能固体热客激光器大气传输影响不大.     

激光应用的新领域─激光清洗

报导激光应用的新领域──激光清洗的原理及应用概况。介绍了两种激光清洗的实例：高重复频率TEA－CO2激光高速清洗固体表面；和激光清除宇宙空间垃圾。     

空间碎片天基光子计数激光探测研究

为了满足空间碎片探测与精确定轨的需求,采用光子计数的高灵敏激光探测方法,讨论了盖革模式下雪崩二极管探测器的光子计数探测基本原理,并建立了引入探测器与空间碎片的相对径向速度的天基光子计数探测模型,进行了空间碎片光子计数激光探测的理论分析和仿真验证。结果表明,在可探测速度范围内,光子计数激光探测技术能有效探测到尺寸为10cm的空间碎片目标,测距平均误差为34.72cm。与传统地基雷达和光电探测手段相比,此技术测距精度能提高3个数量级,可有效降低航天器与空间目标碰撞的概率。     

增益分布对皮秒脉冲自相似放大的影响

采用数值模拟的方法,研究了增益分布对皮秒脉冲自相似放大的影响。构建了掺镱光纤内超短激光脉冲自相似放大的理论模型,以不同的泵浦方式、光纤长度和总增益系数实现不同的增益分布,探究了不同增益分布对增益光纤中皮秒脉冲的自相似放大过程和结果的影响。结果表明,皮秒脉冲在不同的增益分布下存在最佳的自相似放大结果,可以得到近变换极限的百飞秒高质量脉冲输出。发现同一信号光脉冲在增益光纤中演化至自相似放大过程时,正向泵浦方式下的演化速度比反向泵浦快。对于不同的增益光纤长度和总增益系数,正向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在低入射脉冲能量和长波长区域,反向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在高入射脉冲能量和短波长区域。     

Resources scheduling and cooperative management of space-based information networks

Along with the expansion of the range and space of space-based information networks,and the enhancement of network cognitive ability,real-time,reliability and safety were needed to satisfy higher requirements.The demands of space-based information network designing referred to different platforms and users,random access in anytime,heterogeneous network architecture,cooperative management of different type of resource,and so on.Space-based network operation had the characteristic of high-dynamic,multi-type and big data.The realization of efficient resource management was discussed,and the analysis of multiple dimensions to objects in space-based information networks was realized,the design of dynamic space-based resource virtualization was further mentioned,scheduling and cooperative management was mentioned.