书籍详情
空间碎片研究导论
作者：张景瑞 杨科莹 李林澄 等编
出版社：北京理工大学出版社
出版时间：2021-03-01
ISBN：9787568296533
定价：¥86.00
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内容简介
随着人类航天活动的频繁展开，空间碎片带来的问题和威胁已不容忽视。为全面认识和了解空间碎片，本书从探测、预警、防护和减缓四个方面展开讨论。在空间碎片探测方面，主要介绍地基和天基的探测技术及设备等内容。在空间碎片预警方面，主要介绍空间碎片环境的建模方法、原理及特点，空间碎片预警系统与策略等内容。在空间碎片防护方面，主要介绍航天器的防护结构和材料，防护任务设计方法等内容，在空间碎片减缓方面，主要介绍碎片清除的任务设计和主动清除方法等内容。此外，还介绍了与空间碎片相关的政策法规、国际合作等内容。本书适合于航空宇航科学与技术、安全技术及工程等学科的研究生阅读，也可供从事空间碎片和航天器工程领域研究工作的技术人员参考使用。
作者简介
张景瑞，1974年2月生，北京理工大学教授、博士生导师，2018年度国家杰出青年科学基金获得者；兼任中国自动化学会空间及运动体控制专业委员会委员、中国力学学会动力学与控制专业委员会委员、中国振动工程学会非线性振动专业委员会委员；受邀担任宇航领域著名期刊Acta Astronautica客座主编，及国内和国际多个期刊编委。
目录
第 1 章 绪论 001
1. 1 空间碎片概述 002
1. 1. 1 空间碎片简介 002
1. 1. 2 空间碎片来源及分类 003
1. 1. 3 空间碎片危害 006
1. 2 空间碎片研究的关键技术 009
1. 2. 1 探测技术 009
1. 2. 2 预警技术 009
1. 2. 3 防护技术 010
1. 2. 4 减缓技术 010
1. 3 关于空间碎片的协议 011
1. 3. 1 机构和组织 011
1. 3. 2 国际协议 014
1. 3. 3 方法政策 015
第 2 章 空间碎片探测技术 017
2. 1 引言 018
2. 2 地基探测技术 019
2. 2. 1 地基雷达探测 020
2. 2. 2 地基光学探测 023
2. 2. 3 地基探测网 028
2. 3 天基探测 030
2. 3. 1 天基遥感探测 032
2. 3. 2 天基光学探测 033
2. 3. 3 天基雷达探测 033
2. 4 天基和地基探测技术发展趋势 035
第3 章 空间碎片的环境模型 039
3. 1 轨道摄动与轨道预报 040
3. 1. 1 轨道根数 040
3. 1. 2 轨道预报 042
3. 1. 3 轨道摄动 045
3. 2 空间环境模型 049
3. 2. 1 短期工程模型 050
3. 2. 2 长期演化模型 055
3. 3 新形势下的空间环境分析 059
3. 3. 1 星链计划对空间环境的影响 059
3. 3. 2 大规模星座的研究现状 061
第4 章 空间碎片的预警系统 069
4. 1 空间碎片碰撞预警概述 070
4. 2 空间碎片碰撞预警计算方法 072
4. 2. 1 危险目标筛选 073
4. 2. 2 小距离计算方法 074
4. 2. 3 碰撞概率计算方法 076
4. 3 空间碎片碰撞预警策略 078
4. 4 空间碎片碰撞预警系统设计 080
4. 4. 1 空间碎片碰撞预警系统 080
4. 4. 2 空间碎片碰撞风险评估系统 083
4. 5 空间碎片碰撞预警研究的发展趋势 089
第5 章 空间碎片的防护结构与材料 091
5. 1 绪论 092
5. 2 空间环境影响 094
5. 4 先进防护材料 100
5. 5 防护构型 103
5. 5. 1 Whipple 防护构型 104
5. 5. 2 填充Whipple 防护构型 105
5. 5. 3 铝网双层缓冲防护构型 105
5. 5. 4 多层冲击防护构型 106
5. 5. 5 其他防护构型 107
5. 5. 6 新型防护构型 108
5. 5. 7 空间辐射防护结构 110
5. 6 航天器防护设计基本原则与改进 111
5. 6. 1 航天器防护原则 111
5. 6. 2 防护结构设计与改进措施 112
第6 章 空间碎片的防护系统设计 115
6. 1 航天器撞击风险估计 116
6. 2 超高速碰撞地面试验方法 118
6. 2. 1 轻气炮技术 119
6. 2. 2 电磁炮技术 121
6. 2. 3 其他发射技术 122
6. 2. 4 相关地面撞击试验 122
6. 3 超高速碰撞数值仿真方法 125
6. 4 航天器易损性分析及解体模型 127
6. 5 防护系统设计的关键技术 129
6. 6 防护的发展趋势 130
6. 7 防护工程设计应用 133
6. 7. 1 国际空间站 133
6. 7. 2 “天宫” 系列 134
6. 7. 3 火星探测 134
第7 章 空间碎片减缓清除任务设计 139
7. 1 空间碎片减缓概述 140
7. 1. 1 减缓技术指南和标准 140
7. 1. 2 预防类减缓措施 144
7. 1. 3 清理类减缓措施 147
7. 3 主动清除的目标及策略 150
7. 4 技术方案设计 152
7. 4. 1 目标筛选 152
7. 4. 2 LEO 碎片清除 152
7. 4. 3 GEO 碎片清除 153
7. 4. 4 方案评价 154
7. 4. 5 在轨试验简介 154
第8 章 空间碎片的主动清除技术 157
8. 1 引言 158
8. 2 推移离轨技术 159
8. 2. 1 离子束推移离轨 160
8. 2. 2 激光推移离轨 162
8. 2. 3 太阳帆推移离轨 166
8. 3 增阻离轨技术 168
8. 3. 1 静电力增阻离轨 168
8. 3. 2 膨胀泡沫增阻离轨 169
8. 3. 3 粉尘增阻离轨 171
8. 4 自主离轨技术 172
8. 4. 1 制动帆自主离轨 173
8. 4. 2 充气装置自主离轨 173
8. 4. 3 太阳帆自主离轨 174
8. 5 捕获离轨技术 174
8. 5. 1 空间拖船捕获离轨 175
8. 5. 2 空间系绳捕获离轨 175
8. 5. 3 天基磁场发生器捕获离轨 178
8. 5. 4 容器收集器捕获离轨 179
第9 章 空间碎片的法规建设 181
9. 1 国际条约与法规建设 182
9. 1. 1 国际相关法规建设进程 182
9. 1. 2 “外空宪章” ——— 《外空条约》 183
9. 1. 3 《责任公约》和《登记公约》 185
9. 1. 4 《IADC 减缓指南》和《外空委减缓指南》 188
9. 2 主要空间大国的相关法规建设 190
9. 2. 1 美国有关空间碎片的法规建设 190
9. 2. 2 俄罗斯有关空间碎片的法规建设 192
9. 3 国内关于空间碎片的立法现状 192
9. 3. 1 立法基础和进程 192
9. 3. 2 空间碎片相关的法规建设 195
9. 4 空间碎片法规建设的不足与发展 197
9. 4. 1 国际空间碎片相关法规的不足 197
9. 4. 2 国内空间碎片相关法规建设的完善与发展 199
参考文献 201
索引 208
1. 1 空间碎片概述 002
1. 1. 1 空间碎片简介 002
1. 1. 2 空间碎片来源及分类 003
1. 1. 3 空间碎片危害 006
1. 2 空间碎片研究的关键技术 009
1. 2. 1 探测技术 009
1. 2. 2 预警技术 009
1. 2. 3 防护技术 010
1. 2. 4 减缓技术 010
1. 3 关于空间碎片的协议 011
1. 3. 1 机构和组织 011
1. 3. 2 国际协议 014
1. 3. 3 方法政策 015
第 2 章 空间碎片探测技术 017
2. 1 引言 018
2. 2 地基探测技术 019
2. 2. 1 地基雷达探测 020
2. 2. 2 地基光学探测 023
2. 2. 3 地基探测网 028
2. 3 天基探测 030
2. 3. 1 天基遥感探测 032
2. 3. 2 天基光学探测 033
2. 3. 3 天基雷达探测 033
2. 4 天基和地基探测技术发展趋势 035
第3 章 空间碎片的环境模型 039
3. 1 轨道摄动与轨道预报 040
3. 1. 1 轨道根数 040
3. 1. 2 轨道预报 042
3. 1. 3 轨道摄动 045
3. 2 空间环境模型 049
3. 2. 1 短期工程模型 050
3. 2. 2 长期演化模型 055
3. 3 新形势下的空间环境分析 059
3. 3. 1 星链计划对空间环境的影响 059
3. 3. 2 大规模星座的研究现状 061
第4 章 空间碎片的预警系统 069
4. 1 空间碎片碰撞预警概述 070
4. 2 空间碎片碰撞预警计算方法 072
4. 2. 1 危险目标筛选 073
4. 2. 2 小距离计算方法 074
4. 2. 3 碰撞概率计算方法 076
4. 3 空间碎片碰撞预警策略 078
4. 4 空间碎片碰撞预警系统设计 080
4. 4. 1 空间碎片碰撞预警系统 080
4. 4. 2 空间碎片碰撞风险评估系统 083
4. 5 空间碎片碰撞预警研究的发展趋势 089
第5 章 空间碎片的防护结构与材料 091
5. 1 绪论 092
5. 2 空间环境影响 094
5. 4 先进防护材料 100
5. 5 防护构型 103
5. 5. 1 Whipple 防护构型 104
5. 5. 2 填充Whipple 防护构型 105
5. 5. 3 铝网双层缓冲防护构型 105
5. 5. 4 多层冲击防护构型 106
5. 5. 5 其他防护构型 107
5. 5. 6 新型防护构型 108
5. 5. 7 空间辐射防护结构 110
5. 6 航天器防护设计基本原则与改进 111
5. 6. 1 航天器防护原则 111
5. 6. 2 防护结构设计与改进措施 112
第6 章 空间碎片的防护系统设计 115
6. 1 航天器撞击风险估计 116
6. 2 超高速碰撞地面试验方法 118
6. 2. 1 轻气炮技术 119
6. 2. 2 电磁炮技术 121
6. 2. 3 其他发射技术 122
6. 2. 4 相关地面撞击试验 122
6. 3 超高速碰撞数值仿真方法 125
6. 4 航天器易损性分析及解体模型 127
6. 5 防护系统设计的关键技术 129
6. 6 防护的发展趋势 130
6. 7 防护工程设计应用 133
6. 7. 1 国际空间站 133
6. 7. 2 “天宫” 系列 134
6. 7. 3 火星探测 134
第7 章 空间碎片减缓清除任务设计 139
7. 1 空间碎片减缓概述 140
7. 1. 1 减缓技术指南和标准 140
7. 1. 2 预防类减缓措施 144
7. 1. 3 清理类减缓措施 147
7. 3 主动清除的目标及策略 150
7. 4 技术方案设计 152
7. 4. 1 目标筛选 152
7. 4. 2 LEO 碎片清除 152
7. 4. 3 GEO 碎片清除 153
7. 4. 4 方案评价 154
7. 4. 5 在轨试验简介 154
第8 章 空间碎片的主动清除技术 157
8. 1 引言 158
8. 2 推移离轨技术 159
8. 2. 1 离子束推移离轨 160
8. 2. 2 激光推移离轨 162
8. 2. 3 太阳帆推移离轨 166
8. 3 增阻离轨技术 168
8. 3. 1 静电力增阻离轨 168
8. 3. 2 膨胀泡沫增阻离轨 169
8. 3. 3 粉尘增阻离轨 171
8. 4 自主离轨技术 172
8. 4. 1 制动帆自主离轨 173
8. 4. 2 充气装置自主离轨 173
8. 4. 3 太阳帆自主离轨 174
8. 5 捕获离轨技术 174
8. 5. 1 空间拖船捕获离轨 175
8. 5. 2 空间系绳捕获离轨 175
8. 5. 3 天基磁场发生器捕获离轨 178
8. 5. 4 容器收集器捕获离轨 179
第9 章 空间碎片的法规建设 181
9. 1 国际条约与法规建设 182
9. 1. 1 国际相关法规建设进程 182
9. 1. 2 “外空宪章” ——— 《外空条约》 183
9. 1. 3 《责任公约》和《登记公约》 185
9. 1. 4 《IADC 减缓指南》和《外空委减缓指南》 188
9. 2 主要空间大国的相关法规建设 190
9. 2. 1 美国有关空间碎片的法规建设 190
9. 2. 2 俄罗斯有关空间碎片的法规建设 192
9. 3 国内关于空间碎片的立法现状 192
9. 3. 1 立法基础和进程 192
9. 3. 2 空间碎片相关的法规建设 195
9. 4 空间碎片法规建设的不足与发展 197
9. 4. 1 国际空间碎片相关法规的不足 197
9. 4. 2 国内空间碎片相关法规建设的完善与发展 199
参考文献 201
索引 208
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