张品亮，龚自正，汤秀章，陈川，杨武霖



激光驱动典型几何形状碎片运动建模研究

张品亮1，龚自正1，汤秀章2，陈川1，杨武霖1

（1. 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室，北京100094；2. 中国原子能科学研究院，北京102413）

在以往的激光烧蚀驱动移除空间碎片研究中，均假设激光光束覆盖整个所关注的空间碎片。文章提出了焦斑式激光辐照下球体、圆柱体和立方体碎片反喷冲量和运动姿态的计算模型，研究了激光辐照在3种形状碎片不同位置处所产生的反喷冲量和姿态变化规律。结果表明：碎片运动规律与碎片几何形状和激光作用位置有关，当反喷冲量过质心时，碎片获得平动冲量；不过质心时，则会改变碎片的角速度或姿态。研究结果可为激光移除空间碎片研究提供理论参考。

空间碎片；焦斑式辐照；运动建模；典型几何形状

0 引言

空间碎片的在轨寿命长达几十年甚至上百年，严重威胁着航天器的安全[1-2]。如何主动移除空间碎片，使空间长期可持续为人类所利用，是目前空间技术发展面临的世界性难题和热点问题[3]。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[4-6]。其中，激光移除碎片具有操作简单、效率高、响应时间短和成本较低的优点，是国际上重点开展研究的碎片移除技术[3,7]。该技术的基本原理是激光烧蚀推进，即当高强度脉冲激光辐照在碎片表面时，辐照区域内的材料发生熔化、气化以及离子化，产生高温等离子体喷射形成反作用冲量，使碎片获得速度增量，从而驱动碎片变轨，降低其近地点高度，使其在较短时间内再入大气层烧毁[8-9]。……