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第1章 空间碎片概述1

1.1 空间碎片的现状1

1.1.1 来源与分类1

1.1.2 分布与演化5

1.2 空间碎片的危害8

1.2.1 危害根源及形式8

1.2.2 在轨撞击实例12

1.3 空间碎片的应对措施13

1.3.1 躲避编目大碎片撞击的措施——规避13

1.3.2 抵御众多小碎片撞击的措施——防护14

1.3.3 预防新空间碎片产生的措施——减缓15

1.3.4 治理已形成空间碎片的措施——清除18

1.4 空间碎片清除研究现状19

第2章 空间碎片清除基础知识22

2.1 空间目标轨道运动学22

2.1.1 坐标系统及其转换关系22

2.1.2 轨道根数26

2.1.3 轨道预报及误差27

2.2 空间碎片探测29

2.2.1 地基雷达观测30

2.2.2 地基光学观测31

2.2.3 天基遥感探测33

2.2.4 天基碰撞感知探测34

2.2.5 航天器表面采样分析36

2.3 空间碎片环境描述37

2.3.1 空间碎片编目数据及轨道预报38

2.3.2 空间碎片环境模型40

2.4 空间轨道机动46

2.4.1 轨道机动类型和基本规律46

2.4.2 轨道改变48

2.4.3 空间交会49

2.5 近地轨道空间碎片的自然演化53

2.5.1 J2项摄动53

2.5.2 大气阻力摄动53

2.5.3 轨道寿命55

第3章 推移离轨清除技术57

3.1 激光推移离轨57

3.1.1 基本原理和方式选择57

3.1.2 地基激光推移空间碎片技术发展历程59

3.1.3 地基激光推移离轨系统组成60

3.1.4 地基激光推移离轨工作流程61

3.1.5 地基激光推移离轨关键技术62

3.1.6 地基激光推移离轨过程建模67

3.2 离子束推移离轨74

3.2.1 基本原理74

3.2.2 离子束管控卫星74

3.2.3 推进器的需求76

3.2.4 等离子束的特性76

3.2.5 转移到碎片上的动量81

3.3 太阳帆推移离轨82

3.3.1 基本原理82

3.3.2 太阳帆的推力83

3.3.3 太阳帆的特性84

3.3.4 太阳帆结构与材料85

3.3.5 太阳帆展开技术86

3.3.6 技术试验演示验证88

第4章 增阻离轨清除技术92

4.1 膨胀泡沫增阻离轨92

4.1.1 基本构想92

4.1.2 泡沫分析选择93

4.1.3 任务航天器设计96

4.1.4 应用案例分析98

4.2 静电力增阻离轨104

4.2.1 基本概念104

4.2.2 数学模型104

4.2.3 原理实验107

4.3 粉尘拦阻离轨113

4.3.1 单颗碎片与人造粉尘的相互作用113

4.3.2 考虑空间碎片密度时的作用效果119

4.3.3 分析结论124

第5章 捕获离轨清除技术125

5.1 空间碎片捕获离轨方法概述125

5.2 空间拖船捕获离轨127

5.2.1 机械臂127

5.2.2 △υ预算128

5.2.3 推进器130

5.2.4 技术试验演示验证130

5.3 空间绳系捕获离轨136

5.3.1 基本工作模式136

5.3.2 目标捕获装置139

5.3.3 空间绳网系统组成与捕获过程140

5.3.4 技术试验演示验证143

5.3.5 典型空间绳系清除系统计划145

5.4 容器收集器捕获离轨148

5.4.1 容器收集器的技术特性148

5.4.2 气凝胶收集器149

5.4.3 LAD-C实验系统150

5.5 天基磁场发生器捕获离轨152

第6章 服务后重用清除技术153

6.1 在轨维修后重用153

6.1.1 航天器维修性154

6.1.2 在轨维修方式155

6.1.3 在轨模块更换156

6.1.4 技术试验演示验证159

6.2 在轨加注后重用160

6.2.1 在轨加注方式161

6.2.2 技术试验演示验证165

第7章 自主离轨清除技术168

7.1 充气装置自主离轨168

7.2 制动帆自主离轨169

7.3 太阳帆自主离轨170

第8章 空间碎片清除任务设计171

8.1 任务需求分析171

8.1.1 目标碎片筛选171

8.1.2 降低现役航天器威胁174

8.1.3 限制碎片数量增长176

8.2 技术方案比较与评价177

8.2.1 技术方案分类比较178

8.2.2 技术方案综合评价180

8.3 典型任务设计182

8.3.1 碎片清除顺序183

8.3.2 目标碎片的特性分析184

8.3.3 清除方案总体构想186

8.3.4 任务程序与步骤187

8.3.5 地面测控任务192

8.3.6 任务设计示例193

第9章 法规政策与国际合作198

9.1 法规政策198

9.1.1 国际空间组织198

9.1.2 国际空间法200

9.1.3 国家空间政策201

9.1.4 法规政策的困境202

9.2 国际合作206

9.2.1 开拓碎片清除市场207

9.2.2 实现信息共享208

9.2.3 完善空间法规政策211

参考文献214