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天基激光清除小尺度空间碎片变轨模型研究

温泉 杨丽薇 赵尚弘 方英武 王轶 丁西峰 林涛

温泉, 杨丽薇, 赵尚弘, 方英武, 王轶, 丁西峰, 林涛. 天基激光清除小尺度空间碎片变轨模型研究[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(3): 329004-0329004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0329004
引用本文: 温泉, 杨丽薇, 赵尚弘, 方英武, 王轶, 丁西峰, 林涛. 天基激光清除小尺度空间碎片变轨模型研究[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(3): 329004-0329004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0329004
Wen Quan, Yang Liwei, Zhao Shanghong, Fang Yingwu, Wang Yi, Ding Xifeng, Lin Tao. Research on de-orbiting model of small scale space debris removal using space-based laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(3): 329004-0329004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0329004
Citation: Wen Quan, Yang Liwei, Zhao Shanghong, Fang Yingwu, Wang Yi, Ding Xifeng, Lin Tao. Research on de-orbiting model of small scale space debris removal using space-based laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(3): 329004-0329004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0329004

天基激光清除小尺度空间碎片变轨模型研究

doi: 10.3788/IRLA201746.0329004
基金项目: 

国家自然科学基金(61571461);陕西省自然科学基金(2016JM6051);陕西省科技计划项目(2013K07-17)

详细信息
    作者简介:

    温泉(1992-),男,硕士生,主要从事空间激光信息技术方面的研究。Email:wenquan2411@163.com

  • 中图分类号: TN249

Research on de-orbiting model of small scale space debris removal using space-based laser

  • 摘要: 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。
  • [1] Li Chunlai, Ouyang Ziyuan, Du Heng. Space debris and space environment[J]. Quaternary Sciences, 2002, 22(6):540-551. (in Chinese)李春来, 欧阳自远, 都亨. 空间碎片与空间环境[J]. 第四纪研究, 2002, 22(6):540-551.
    [2] Gong Zizheng, Xu Kunbo, Mu Yongqiang, et al. The space debris environment and the active debris removal techniques[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2014, 31(2):129-135. (in Chinese)龚自正, 徐坤博, 牟永强, 等. 空间碎片环境现状与主动移除技术[J]. 航天器环境工程, 2014, 31(2):129-135.
    [3] Bender M. Flexible and low-cost dragon spacecraft for orbital debris removal[C]//NASA/DARPA Orbital Debris Conference, 2009.
    [4] Hoyt R. RUSTLER:architecture and technologies for low-cost remediation of the LEO large debris population[C]//NASA/DARPA Orbital Debris Conference, 2009.
    [5] Kawamoto S, Ohkawa Y. Strategies and technologies for cost effective removal of large sized objects[C]//NASA/DARPA Orbital Debris Conference, 2009.
    [6] Apollonov V V. High power lasers for space debris elimination[J]. Chinese Optics, 2013, 6(2):187-195.
    [7] Steverding B, Dudel H P. Laser-induced shocks and their capability to produce fracture[J]. Journal of Applied Physics, 1976, 47(5):1940-1945.
    [8] Schall W O. Laser radiation for cleaning space debris from lower earth orbits[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 2002, 39(1):81-91.
    [9] Phipps C, Albrecht U, Friedman H, et al. Orion:clearing near-earth space debris using a 20-kW, 530-nm, earth-based, repetitively pulse laser[J]. Laser and Particle Beams, 1996, 14(1):1-44.
    [10] Esmiller B, Jacquelardb C. Clean space small debris removal by laser illumination and complementary technologies[C]//Eckel S S H-A. Beamed Energy Propulsion. AIP Conference Proceedings. New York:American Institute of Physics, 2011, 1402:347-353.
    [11] Han Weihua, Gan Qingbo, He Yang, et al. Optimal direction and a process design of removing low earth orbit debris with space-based laser[J]. Acta Aeronautics et Astronautics Sinica, 2015, 36(3):749-756. (in Chinese)韩威华, 甘庆波, 何洋, 等. 天基激光清理低轨空间碎片的最利角度分析与过程设计[J]. 航空学报, 2015, 36(3):749-756.
    [12] Chang Hao, Jin Xing, Zhou Weijing. Experiment research on plasma plume expansion induced by nanosecond laser ablation Al[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(S1):43-46. (in Chinese)常浩, 金星, 周伟静. 纳秒激光烧蚀铝等离子体羽流膨胀特性实验[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(S1):43-46.
    [13] Lu Jianye, Wang Jun, Ma Yugang, et al. Theoretical simulations of the mechanical characteristics of laser induced plasma for monatomic target[J]. Optics and Precision Engineering, 2004, 12(5):550-554. (in Chinese)鲁建业, 王军, 马玉刚, 等. 纯净靶激光等离子体力学特性的理论模拟[J]. 光学精密工程, 2004, 12(5):550-554.
    [14] Schall W O. Laser radiation for cleaning space debris from lower earth orbits[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 2002, 39(1):81-91.
    [15] Claude R Phipps, Kevin L Baker, Stephen B Libby, et al. Removing orbital debris with lasers[J]. Advances in Space Research, 2012, 49(2012):1283-1300.
    [16] Jin Xing, Hong Yanji, Chang Hao. Simulation analysis of removal of elliptic orbit space debris using ground-based laser[J]. Acta Aeronauticaet Astronautica Sinica, 2013, 34(9):2064-2073. (in Chinese)金星, 洪延姬, 常浩. 地基激光清除椭圆轨道空间碎片特性的计算分析[J]. 航空学报, 2013, 34(9):2064-2073.
    [17] Fang Yingwu, Zhao Shanghong, Yang Liwei, et al. Research on action rules of ground-based laser irradiating small scale space debris in LEO[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(2):0229002. (in Chinese)方英武, 赵尚弘, 杨丽薇, 等. 地基激光辐照近地轨道小尺度空间碎片作用规律研究[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(2):0229002.
    [18] Schmitz M. Performance model for space-based laser debris sweepers[J]. Acta Astronautica, 2015, 115:376-383.
    [19] Avdeev A V, Bashkin A S, Katorgin B I, et al. About possibilities of clearing near-earth space from dangerous debris by a spaceborne laser system with an autonomous cw chemical HF laser[J]. Quant Electron, 2011, 41(7):669-744.
    [20] Phipps C R, Birkan M, Bohn W, et al. Review:laser ablation propulsion[J]. Journal of Propulsion and Power, 2010, 26(4):609-637.
    [21] Liedahl D A, Rubenchik A, Libby S B, et al. Pulsed laser interactions with space debris:Target shape effects[J]. Advances in Space Research, 2013, 52:895-915.
    [22] Liou J C, Johnson N L. Risks in space from orbiting debris[J]. Science, 2006, 311:340-341.
    [23] Claude R Phipps, Kevin L Baker, Stephen B Libby, et al. Removing orbital debris with lasers[J]. Advances in Space Research, 2012, 49:1283-1300.
  • [1] 雷韫璠, 王龙, 钟红军, 张辉, 武延鹏.  基于轨迹一致性检测的空间碎片天基识别方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(11): 20220076-1-20220076-10. doi: 10.3788/IRLA20220076
    [2] 魏靖松, 程勇, 朱孟真, 陈霞, 刘旭, 谭朝勇, 米朝伟.  自由振荡激光天基清扫空间碎片机理研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20200198-1-20200198-6. doi: 10.3788/IRLA20200198
    [3] 李春晓, 李祝莲, 汤儒峰, 李荣旺, 李语强.  一发两收卫星激光测距系统中目标距离测量试验 . 红外与激光工程, 2020, 49(S1): 20200145-20200145. doi: 10.3788/IRLA20200145
    [4] 胡朝斌, 金星, 常浩.  空间翻滚目标激光消旋概念及天基应用分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20200203-1-20200203-9. doi: 10.3788/IRLA20200203
    [5] 朱孟真, 程勇, 陈霞, 魏靖松, 刘旭, 曹海源, 谭朝勇.  不同制式脉冲激光冲量耦合效应研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 805004-0805004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0805004
    [6] 林正国, 金星, 常浩.  脉冲激光大光斑辐照空间碎片冲量耦合特性研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1243001-1243001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1243001
    [7] 张忠萍, 程志恩, 张海峰, 邓华荣, 江海.  地基激光测距系统观测空间碎片及其探测能力研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 329001-0329001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0329001
    [8] 侯重远, 李恒年, 杨元, 路毅.  地面强激光操控空间碎片避碰的控制策略 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 329003-0329003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0329003
    [9] 文明, 李南雷, 吴洁.  532 nm/1 064 nm激光烧蚀铝靶冲量耦合特性实验研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(S1): 24-28. doi: 10.3788/IRLA201746.S106005
    [10] 康博琨, 金星, 常浩.  空间碎片天基激光辐照下的轨道特性仿真分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 329005-0329005(10). doi: 10.3788/IRLA201746.0329005
    [11] 常浩, 金星, 林正国.  真空环境下脉冲激光烧蚀等离子体羽流特性分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1206014-1206014(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1206014
    [12] 姜会林, 付强, 张雅琳, 江伦.  空间碎片激光探测成像通信一体化技术探讨 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 401001-0401001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0401001
    [13] 朱殷, 陈浩, 徐融, 赵飞.  优化的一维激光清理空间碎片流体力学模型 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 177-182. doi: 10.3788/IRLA201645.S129002
    [14] 张忠萍, 张海峰, 邓华荣, 程志恩, 李朴, 曹建军, 慎露润.  双望远镜的空间碎片激光测距试验研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 102002-0102002(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0102002
    [15] 陈俊宇, 李彬, 章品, 杜建丽, 陈立娟, 桑吉章.  低轨空间碎片弹道系数及应用 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1129001-1129001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1129001
    [16] 翟光, 赵琪, 张景瑞.  空间碎片在轨识别与精确定位方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 169-176. doi: 10.3788/IRLA201645.S129001
    [17] 康博琨, 金星, 常浩.  天基激光探测厘米级空间碎片建模仿真研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(S2): 41-47. doi: 10.3788/IRLA201645.S229003
    [18] 洪延姬, 金星, 常浩.  天基平台激光清除厘米级空间碎片关键问题探讨 . 红外与激光工程, 2016, 45(2): 229001-0229001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0229001
    [19] 李彬, 桑吉章, 宁津生.  空间碎片半解析法轨道预报精度性能分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3310-3316.
    [20] 李语强, 李荣旺, 李祝莲, 翟东升, 伏红林, 熊耀恒.  空间碎片激光测距应用研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3324-3329.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-10
  • 修回日期:  2016-08-20
  • 刊出日期:  2017-03-25

天基激光清除小尺度空间碎片变轨模型研究

doi: 10.3788/IRLA201746.0329004
    作者简介:

    温泉(1992-),男,硕士生,主要从事空间激光信息技术方面的研究。Email:wenquan2411@163.com

基金项目:

国家自然科学基金(61571461);陕西省自然科学基金(2016JM6051);陕西省科技计划项目(2013K07-17)

  • 中图分类号: TN249

摘要: 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。

English Abstract

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