1. 空間碎片情況
截止2014年11月份,整個空間碎片超過了75M 片,總重量為6500 噸,77%集中在地球近地軌道(900~1400km),根據(jù)2005 年的發(fā)表結(jié)果,其分布情況如表1 所示。從目前情況看,碰撞可能是太空碎片產(chǎn)生的主要原因,級聯(lián)碰撞會造成太空碎片數(shù)目呈現(xiàn)指數(shù)增長。根據(jù)碎片的尺度和運動特點,目前可以想到及已實施的保護措施及方法在表1中給出。具體包括:1) 對于10cm 以上的大碎片,通過免碰撞操控措施或者在軌保護器移除飛行器周圍碎片措施已經(jīng)成功實施。2) 對于小于1cm的碎片,強健的設(shè)計及防護可以有效防護,且成本相對較低。3) 對于1~10cm 范圍內(nèi)的碎片,目前無有效的方法可以進行防護??臻g飛行器對于經(jīng)濟建設(shè)及國防安全至關(guān)重要,對于飛行器安全運行保護是發(fā)展空間技術(shù)的基礎(chǔ),對于政府、商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射及運營公司都非常重要。
2. CLEAN SPACE 項目
CLEAN SPACE 項目自2011 年啟動,主要基于地基激光方案移除特定飛行器周圍1~10cm 中等尺寸太空碎片,避免飛行器收到太空碎片的碰撞。該項目為FP7 空間項目的一部分,和空間環(huán)境認知(Space situational awareness,SSA),碰撞避免(Collisionavoidance)一起構(gòu)成了空間碎片管理項目。該項目分為五個步驟,如圖1,1) 認真評估空間碎片情況;2) 提出全面系統(tǒng)框架,包含碎片的調(diào)查、跟蹤、識別、基于激光技術(shù)碎片移除系統(tǒng)(該系統(tǒng)為ESA,SSA 項目的補充);3) 應(yīng)對安全管理規(guī)范、政治意義及未來合作伙伴;4) 發(fā)展可用的碎片移除技術(shù)(主要是激光);5) 建立發(fā)展和實施激光移除碎片系統(tǒng)(Lasser debris removal, LDR)的路線圖;該項目聚集了歐洲頂級研究機構(gòu):Airbus Defence and Space(飛行器單位),Poznan Observatory(空間碎片環(huán)境研究),ASTRIPOLSKA(空間應(yīng)用技術(shù)),Compagnie Industrielle des Lasers、(CILAS),Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR), Laboratoire de physico-chimie desmatériaux luminescents (LPCML), Institute of Low Temperature and Structure Research(ILT), University of Limoges, Rovira Virgily University (激光技術(shù))。CLEAN SPACE 項目的特點:1) 實施快,有害碎片在碰撞警報前幾個小時及幾天時間內(nèi)可以移除;2) 靈活性高,可以處理LEO 軌道幾個碎片,甚至是不同軌道或高度;3) 成本低,地基激光系統(tǒng)可以重復使用,不需要空間發(fā)射。該項目在發(fā)展低成本激光技術(shù)時,可以使用SSA 項目中大部分技術(shù);4) 對空間環(huán)境無影響,不會產(chǎn)生與發(fā)射或軌道內(nèi)碰撞相關(guān)的新的碎片。
2.1 LDR 物理概念
LDR使用來自地球表面的脈沖激光改變近地軌道上太空碎片的運行軌道,如圖2 所示,激光輻照太空碎片后,將其表面材料燒蝕、汽化或者離化,被燒蝕材料在碎片表面高速噴發(fā),生成足夠的力驅(qū)動碎片更換軌道或者進入大氣層燒蝕,從而達到移除航天器周圍碎片,保護航天器運行安全的目標。
轉(zhuǎn)載請注明出處。