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前言1

第1章 绪论1

1.1 空间碎片环境现状及危害1

1.2 空间碎片研究范畴及方法7

1.3 空间碎片研究进展及趋势10

第2章 空间碎片探测15

2.1 地基雷达探测15

2.1.1 概述15

2.1.2 精密跟踪成像雷达17

2.1.3 相控阵雷达22

2.2 地基望远镜探测25

2.2.1 概述26

2.2.2 传统透镜碎片望远镜27

2.2.3 液体镜面碎片望远镜28

2.3 天基被动探测30

2.3.1 概述31

2.3.2 长期暴轨装置32

2.3.3 太阳电池帆板34

2.3.4 在轨碰撞表面观测35

2.4 天基主动探测36

2.4.1 半导体型探测器37

2.4.2 PVDF型探测器39

2.4.3 等离子体型探测器41

2.4.4 压电陶瓷型探测器43

2.4.5 遥感探测43

第3章 空间碎片环境模型45

3.1 概述45

3.2 短期工程模型46

3.2.1 NASA89/91模型46

3.2.2 ORDEM96模型50

3.2.3 0RDEM2000模型50

3.2.4 ORDEM2008模型61

3.2.5 MASTER模型63

3.3 长期演化模型67

3.3.1 演化模型构架组成67

3.3.2 碎片源子模型67

3.3.3 轨道衰减子模型73

3.3.4 国外典型演化模型78

3.4 微流星体环境模型81

3.4.1 质量分布模型82

3.4.2 速度分布模型83

3.4.3 通量分布模型84

第4章 空间碎片防护88

4.1 被动防护原理及材料选择88

4.1.1 防护原理88

4.1.2 防护材料性能评价90

4.1.3 常用防护材料98

4.2 防护构型及弹道极限100

4.2.1 Whipple防护构型及弹道极限方程101

4.2.2 填充Whipple防护构型及弹道极限方程103

4.2.3 铝网双层缓冲防护构型及弹道极限方程105

4.2.4 多层冲击防护构型及弹道极限方程106

4.2.5 其他防护构型108

4.2.6 弹道极限曲线109

4.3 防护构型效能评价系统112

4.3.1 系统组成及分析流程构架112

4.3.2 基本防护构型效能分析模块112

4.3.3 先进防护构型效能分析模块115

4.3.4 系统应用实例117

4.4 轨道规避防护119

4.4.1 轨道规避流程120

4.4.2 危险碎片筛选120

4.4.3 轨道规避判定122

4.4.4 轨道规避技术措施126

第5章 空间碎片风险评估模型130

5.1 模型构架组成130

5.2 航天器建模及在轨运行描述131

5.2.1 航天器有限元建模132

5.2.2 航天器运行轨道描述135

5.2.3 航天器运行姿态描述142

5.3 航天器暴露面积遮挡处理算法146

5.3.1 单舱段遮挡处理算法146

5.3.2 舱段间遮挡处理算法147

5.3.3 遮挡处理算法应用算例149

5.4 碰撞概率及失效概率152

5.4.1 碰撞概率及算法流程152

5.4.2 失效概率及算法流程153

5.5 模型分析流程156

第6章 空间碎片风险评估系统160

6.1 系统功能及模块组成160

6.1.1 空间碎片风险评估模块161

6.1.2 微流星体风险评估模块162

6.1.3 M/OD环境模型模块162

6.1.4 共享功能模块164

6.1.5 系统输出文件169

6.2 系统性能标准工况校验170

6.2.1 标准校验工况170

6.2.2 碰撞数校验171

6.2.3 失效数校验173

6.3 系统应用实例180

6.3.1 载人飞船风险评估180

6.3.2 航天飞机风险评估189

6.4 国外典型风险评估系统196

6.4.1 DAS风险评估系统196

6.4.2 BUMPER风险评估系统198

6.4.3 ESABASE/DEBRIS风险评估系统200

6.4.4 其他风险评估系统200

第7章 空间碎片超高速碰撞数值模拟202

7.1 SPH数值方法202

7.1.1 SPH算法特点202

7.1.2 SPH算法理论204

7.1.3 SPH算法建模207

7.2 材料模型208

7.2.1 状态方程209

7.2.2 强度模型213

7.2.3 失效模型215

7.3 球形弹丸超高速碰撞数值模拟216

7.3.1 计算域定义及弹靶参数216

7.3.2 碰撞速度影响217

7.3.3 防护屏厚度影响223

7.3.4 状态方程影响227

7.4 柱形弹丸超高速碰撞数值模拟228

7.4.1 计算域定义及弹靶参数229

7.4.2 碰撞速度影响229

7.4.3 防护屏厚度影响234

7.4.4 长径比影响236

第8章 超高速碰撞模拟实验发射技术239

8.1 概述239

8.2 轻气炮发射技术240

8.2.1 二级轻气炮241

8.2.2 三级轻气炮243

8.3 电磁炮发射技术246

8.3.1 线圈炮247

8.3.2 轨道炮249

8.3.3 重接炮251

8.4 电热炮发射技术254

8.4.1 直热式电热炮254

8.4.2 间热式电热炮262

8.5 其他超高速发射技术266

8.5.1 粉尘静电加速器266

8.5.2 聚能装药发射器269

第9章 空间碎片减缓271

9.1 概述271

9.2 减缓技术标准274

9.2.1 NASA标准274

9.2.2 ESA标准275

9.2.3 其他标准276

9.2.4 各标准主要区别279

9.3 减缓技术措施280

9.3.1 预防技术措施281

9.3.2 治理技术措施286

参考文献291