梁晓博,张广鹏,方英武

(1.西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西 西安 710048；2.西安外事学院,陕西 西安 710077)

1 引 言

空间碎片主要由太阳系中本身存在的一些固体小颗粒以及人类的太空活动所产生的一些人造空间碎片所组成。随着人类对太空环境的探索活动日益频繁,发射航空航天器数量与日俱增,使得这些人造空间碎片不仅广泛分布于目前正常运行的航空航天器所在区域范围,而且对在轨卫星、航天器、宇航员的安全构成严重的威胁。其中威胁最大的属于厘米级(1～10 cm)空间碎片,这部分碎片动能大、编目数量少、防护困难,研究探索出一种可以高速高效清除空间碎片的方法是目前国内外学者一直探讨的话题,特别是近几年来飞秒激光的出现,更加促进了厘米级空间碎片清除方法的研究,这种超快激光的出现,使得激光与铝靶碎片作用产生等离子体所需要的能量密度阈值非常低,一定程度上降低了激光与碎片的作用时间,提高了碎片的清除效率。激光清除空间碎片的基本原理是利用高能激光束直接作用在近地点位置上的目标碎片表面,目标碎片吸收激光光能后表面温度迅速升温,当激光持续作用,使得激光能量密度达到目标碎片材料的熔化阈值时,碎片表面迅速融化、气化并产生等离子体,沿着碎片运动方向产生一定的反喷羽流,给目标碎片施加一个反向作用力,使得目标碎片轨道运动速度降低,由天体动力学知识可知,当碎片轨道速度降低时其轨道高度也会相应的降低,当碎片近地点轨道高度降低到一定范围后,碎片由于地球引力的影响降入大气层中,并在与大气层的相互作用下烧毁(彻底气化)。……