张品亮，龚自正，杨武霖，陈 川

( 北京卫星环境工程研究所, 北京100094)

激光移除空间碎片过程的三维仿真与建模

张品亮，龚自正，杨武霖，陈 川

( 北京卫星环境工程研究所, 北京100094)

基于轨道力学和激光与物质相互作用理论建立激光移除空间碎片的三维变轨模型。该模型利用激光站/卫星与碎片位置和速度矢量作为初始数据，通过设定激光参数，实时计算和更新速度增量矢量，能够真实地反映碎片的移除过程。该模型包括地基和天基两种类型，根据激光作用临界条件与降轨效果计算碎片的降轨过程，能够实时输出碎片轨道信息，图形化输出使结果更加直观。考虑到速度增量分量对轨道倾角的影响，该模型增加了碎片逃逸情况的判断。最后，利用该模型计算了地基/天基系统移除多种空间碎片材料的过程和效果，发现钢材料碎片移除难度最大，而移除多层绝缘材料的效率最高。

激光烧蚀；空间碎片；变轨；三维仿真；数值模型

0 引 言

日益严峻的空间碎片环境，对航天器的安全运行造成严重威胁，减缓空间碎片的数量是空间技术发展面临的关键问题。近年来，以NASA和ESA为代表的航天组织对空间碎片移除技术进行了探索，提出了多种移除方法[1-5]。其中激光移除碎片技术具有独特的优势，是国际上一致认可的理想碎片移除方法，它具有操作简单、效率高、响应时间短和成本较低等优点。该技术的基本原理是：当高强度脉冲激光照射在碎片表面时，使表面材料等离子化产生高温气体，产生一系列类似于火箭反推的热物质反喷羽流，给碎片提供速度增量来降低近地点高度，使其在较短时间内落入大气层烧毁，达到移除空间碎片的目的。……