吕伟臻，宋 燕，黄雪刚，殷 春

(1. 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093；2. 中国空气动力研究与发展中心 超高速空气动力研究所，四川 绵阳 621000；3. 电子科技大学 自动化工程学院，成都 611731)

随着航空航天事业发展以及人类在外太空活动的日益频繁，太空垃圾的数量与日俱增。这些太空垃圾与在轨航天器以数公里每秒甚至数十公里每秒的极高相对速度飞行，极大可能发生超高速撞击事件，对航天任务的顺利执行以及航天器和航天员的安全产生极大的威胁，甚至导致灾难性的事故发生[1-2]。因此，设计制造一些特殊的防护结构对于保障航天器在轨安全运行是必不可少的。

Whipple防护构型是Fred Whipple在1947年设计制造的一种经典的防护结构，它由两块具有一定间隔距离的金属板组成[3-4]，前板缓冲屏用于破碎超高速来袭的空间碎片，并使其充分破碎形成不断扩张发展的形如空泡的碎片云结构，从而有效地降低对后板的动能损伤。为了研究防护构型的防护性能以及碎片云的形成机制，可以采用二级轻气炮加速弹丸来模拟空间碎片超高速撞击过程，记录并观察碎片云发展过程及其对后板形成的损伤状态，并且超高速撞击的实验结果对于防护结构的设计以及不同状态下太空垃圾对航天器的损伤预估是至关重要的[5]。

在超高速撞击问题研究的初期，研究人员主要关注的重点是超高速撞击对飞行器破坏时产生的力学损伤效应，之后又在理论、数值模拟和实验方面做了大量的工作。……