航天器微流星体及空间碎片防护结构性能分析

微流星体及空间碎片是航天器的公认威胁，微流星体及空间碎片的高速撞击能导致航天器严重的损伤和灾难性的失效，防护结构设计是航天器设计的一个重要问题，在综合分析国际上已采用和研究航天器微流星体系及空间碎片防护结构防护性能预报方程的基础上，给出了不同防护材料和结构形式防护在超高速撞击下的撞出极限曲线，讨论了防护结构参数变化对防护性能的影响，通过曲线分析得出各防护结构在第一门槛值速度区间的防护性能是比较低的，正撞击损伤更严重，填充防护结构的性能优于其他防护结构。     

航天器空间碎片单护屏防护结构参数优化

为解决微流星体及空间碎片高速撞击威胁航天器的安全运行等问题，采用防护结构防护性能预报的Nysmith模型，以非线性优化方法分析撞击条件和结构参数对优化结果的影响。得出了最优解存在的可行性条件和防护间距下界与撞击参数的关系，以曲线图给出了各参数对优化结果的影响。研究表明优化结果在低撞击速度时随撞击速度的增加急剧增加，而在高撞击速度时趋于平缓。     

航天器防护方案高速斜撞击实验研究

给 和分析了柱状弹丸高速斜撞击铝合金Ｗｈｉｐｐｌｅ防护方案实验研究结果。结果表明,Ｗｈｉｐｐｌｅ防护方案对高速斜撞击的响应不同于高速垂直撞击的响应,高速斜撞击具有分散撞击所产生碎片云损伤能量的特性,能产生严重损伤航天器外部结构和子系统的滑弹碎片。滑弹的临界入射角的６５°～７５°。低于此角对靶件造成的损伤严重;超过该角对滑弹观察板造成的损伤严重,对滑弹观察板造成的损伤集中在与防护屏成１５°的区域。因     

AFRL成功进行微流星撞击测试

美国空军实验室（AFRL）研究人员与圣地亚国家实验室成功模拟了一次微流星与航天器的碰撞试验。研究人员成功地再现了这样一个碰撞事件，空间粒子以介于71406千米/小时～215954千米，小时之间的速度撞击航天器，随之产生无线电波，其可能对战斗机间的通讯产生潜在干扰，并损害航天器的结构。AFRL的研究人员还利用现有的相关破坏性信息，如毫克量级的碳粒子和其它材料撞击航天器，以确定这些粒子是否会产生最终引起通讯干扰的等离子区。     

填充泡沫铝防护结构的超高速撞击数值模拟

模仿泡沫金属的生产原理建立了泡抹金属微结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学程序进行了超高速撞击数值模拟,分别对6种形式的填充泡沫铝防护结构进行了仿真计算,比较了其撞击极限性能.结果表明当泡沫铝处于适当的位置时,填充泡沫铝结构的防护性能优于相同面密度的填充实心铝板结构.通过不同防护结构碎片云特性参数的对比分析表明,...     

超高速撞击加速技术及其应用研究

给出了二级轻气炮、三级轻气炮、静电加速器、等离子体加速器和聚能加速器等现代加速技术的原理,讨论了它们的弹丸质量和速度范围以及在超高速撞击实验中的应用．作为应用的例子给出了超高速撞击条件下航天器空间碎片防护结构以及压力容器损伤特性实验研究的结果．     

玄武岩纤维布Whipple防护结构超高速撞击损伤分析

针对加入玄武岩纤维织物对Whipple防护结构损伤产生的影响进行了实验研究.探讨了将玄武岩纤维织物作为航天器空间碎片超高速撞击损伤防护结构的增强材料用于航天领域的可行性.实验采用的基本构形为Whipple防护结构,玄武岩纤维布按不同方案布置在结构中.实验分析表明,玄武岩纤维布的防护作用在于:其发生击穿破坏时,击穿孔处的纤维束产生的断裂和孔边处纤维束产生的变形消耗和吸收了撞击物的撞击能量;破坏时,玄武岩纤维束中逐次断裂的纤维丝与撞击物的撞击除了对撞击物产生切割作用外还在撞击物中产生高频的间歇冲击波,两者都对撞击物产生碎化作用;玄武岩纤维布自身的破坏不会再产生新的大碎片.     

航天器·空间环境与电和磁

回顾了航天界中的静电问题发展历程,综述了空间环境的特点.主要讨论了空间环境与航天器相互作用产生的航天器表面静电积累现象和由此引发的一系列新的物理效应,特别是静电转化的脉冲放电对航天器的破坏作用以及对未来有可能出现的核战造成的核爆电磁脉冲破坏与防护.另外,也对国内外飞船技术的发展及对静电问题的考虑作了简要讨论.     

超高速撞击网状防护结构仿真模型的建立与验证

为了系统研究网状防护结构的超高速撞击特性,在现有实验研究成果的基础上,应用数值仿真手段对网状防护结构在超高速冲击载荷下的防护性能进行定量研究.应用SPH法离散2种网状几何模型,采用ls-dyna有限元软件对弹丸超高速撞击单层、多层网状防护结构进行了数值模拟,并与相应实验数据比对.结果验证了网状防护结构仿真模型的有效性和准确性;研究表明2种几何模型的仿真结果不存在明显差别;同时随着撞击点的不同,碎片云的形态及能量分布变化较大.     

空间碎片清理飞行器捕获系统设计与仿真

空间碎片清理飞行器对于解决空间碎片日益增多的问题具有重要意义,非合作目标捕获是其关键技术之一。在对非合作目标捕获系统分析的基础上,设计了飞网式捕获系统,建立飞网简化模型和分析评价指标,并用ANSYS/LS-DY-NA对其进行仿真,分析发射速度和发射角对飞网展开的影响,利用C-W方程分析飞网发射误差。结果表明,空间飞网对于非合作目标捕获具有良好的容错性。     

Characteristics of Polyimide Debris Clouds Produced by Hypervelocity Impact

Polyimide is a typical complex high-molecular polymer of imide monomers,which is widely used in the manufacture of parts for aerospace engineering.The hypervelocity impacts between the spacecraft and orbital debris can induce great damage to the spacecraft.In order to improve the safety of spacecraft,the characteristics of polyimide debris clouds produced by hypervelocity impact should be studied.Firstly,a MieGrüneisen equation of state based on the shock adiabat for polyimide,which describes the mechanical behavior in the numerical simulation,was obtained from hypervelocity impact experiments,then a 3-dimentional smoothed particle hydrodynamics program was compiled to numerically simulate the hypervelocity impact between aluminum projectiles(orbital debris)and polyimide targets with different impact velocities(3 km/s,5 km/s,8 km/s)and angles(0°,30°,45°,60°),finally typical shapes of debris clouds produced in different impact velocities and angles were collected from simulation results,the characteristics of which were systemically discussed.     

Corrugation Stuffed Shield for Spacecraft and Its Performance

With the increasing number of orbital debris andspace environment continuing to deteriorate,mete-oroid and orbital debris(M/OD)have become a realthreat for space missions.So interest in the problemof M/OD has increased dramatically in the world.Based on observations,the population of orbital debrislarger than1cmin diameter is more than110thou-sand,larger than1mmin diameter is more than35million,andit will be continuing to increase5%an-nually[1].Hypervelocityi mpact of orbital debrislarg-er t…     

Investigation into debris cloud characterizations for oblique hypervelocity impact of projectiles on bumper

All long-duration spacecraft in low-earth-orbit are subject to high velocity impacts by meteoroids and space debris. Such impacts are expected to occur at non-normal incidence angles and can cause severe damage to the spacecraft and its external flight-eritical systems and possibly lead to catastrophic failure of the spacecraft. In order to ensure crew safety and proper funetion of internal and external spacecraft systems, the characteristics of a debris cloud generated by such impacts must be known. An analytical model is therefore developed for the characterization of the penetration and ricochet debris clouds created by tile hyperveloeity impact of an aluminum spherical projectile on an aluminum plate. This model employs normal and oblique shock wave theory to characterize the penetration and ricochet processes. The prediction results of center-of-mass trajectory, and leading velocity of penetration and ricochet debris clouds are obtained arid compared with numerical and experimental results in figures.     

Simple Method for Tethered Space Debris Retrieval

Space debris retrieval problem utilizing a tethered system in an elliptical orbit is studied in this paper. An analytical control law specified by a tether length rate for retrieval is derived from a dumbbell model of the system. The proposed control method can suppress large swings around the local vertical position of the tethered system. Under such a control strategy, the debris retrieval behaves in asymptotic stable motion towards the expected angle. The stability of the non-autonomous system during the retrieval control is analyzed using the Floquet theory. The result demonstrates that an orbital region exists, on which the retrieval process maintains asymptotically stable. The proposed analytical control law is validated via numerical simulations.     

空间碎片概况研究

空间碎片对航天活动的影响日益增大,已越来越引起人们的关注。研究了空间碎片的定义和分类;重点分析了空间碎片来源及前景预测;论述了空间碎片的危害;提出了空间碎片的减缓措施。     

主动式空间碎片清理研究

空间碎片数量的不断增长,对人类航天事业的发展构成巨大威胁,虽然已采取多种减缓措施,但仍无法从根本上解决问题。主动式空间碎片清理技术作为解决碎片问题的另一种思路,现在已引起国际上广泛关注;在对其发展背景研究的基础上,重点介绍了3种清理技术,并分析了此类技术的可行性和应用前景。