宋光明，李 明，武 强，龚自正，张品亮，曹 燕

（1. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094；2. 中国空间技术研究院，北京 100094）

随着人类航天活动的日益频繁，空间碎片环境日益恶化，空间碎片防护设计已成为航天器设计的重要内容[1]。为满足航天器空间碎片防护需求，NASA、ESA 等在Whipple 防护结构的基础上开发了多型增强型Whipple 防护结构[2-4]。Christiansen[5]提出，理想的空间碎片防护结构应具备如下标准：（1）缓冲屏碎片穿透能力低；（2）碎片云扩散角大；（3）碎片云扩散速度小；（4）碎片云粒子尺寸小；（5）反溅碎片少。可见，碎片云特性是空间碎片防护结构的重要研究内容。近年来，人们针对碎片云形成机制[6-7]、碎片云分布特性[8-11]和碎片云模型[12-16]等开展了大量研究。

波阻抗梯度防护结构是侯明强等[17-18]提出的新型动能高效耗散防护结构。该防护结构的核心是作为缓冲屏的波阻抗梯度材料。侯明强等借助数值模拟手段确定了部分材料方案，研究了材料中的冲击波传播规律和不可逆功，并通过实验验证了其优异的防护特性[17-19]。然而，对于波阻抗梯度防护结构的碎片云特性，目前仅是利用基于弹丸最大碎片的碎片云模型对碎片云参数进行了计算[20]。基于弹丸最大碎片的碎片云模型由郑建东等[21]提出，是基于均质材料的碎片云模型，忽略了梯度因素对碎片云特性的影响。虽然计算结果在一定程度上反映了其优异性能，但是未能反映梯度作用对碎片云特性的影响，因而无法全面揭示其防护机理。

本文中将通过超高速撞击实验和数值模拟分别获得相同面密度条件下波阻抗梯度、铝合金Whipple防护结构的碎片云特性，证明波阻抗梯度材料与入射弹丸的作用可促进弹丸破碎与碎片云扩展，从而提高防护能力。……