闫军,郑世贵,于伟,宫伟伟

(北京空间飞行器总体设计部,北京 100094)

1 引言

近年来空间碎片环境加速恶化,截至2021年7月28日,已编目的在轨空间碎片已达23513个,而无法编目的碎片质量已达几千吨,数量超过200亿个[1],可造成航天器不同程度的损伤甚至功能失效。根据航天器可靠性设计要求以及空间碎片风险评估结果,可以确定我国载人航天二期工程的天宫一号、二号和载人航天三期工程的天宫空间站均属于必须进行空间碎片防护设计的对象。

天宫一号全长10.4m,最大直径3.35m,由实验舱和资源舱构成,于2011年9月29日在酒泉发射中心发射,是我国第一个长期在轨载人航天器,也是我国第一个系统地开展了空间碎片防护设计的在轨航天器。经防护设计后的天宫一号采用了Whipple防护结构进行高风险区重点防护,使得天宫一号实验舱的非失效概率达到0.6995,满足了设计指标。后续一系列自动交会对接及多名宇航员入内工作等在轨活动的正常开展,验证了该防护方案的有效性[2]。

天宫空间站运行于倾角41°～42°、轨道高度340～450km的近圆低地球轨道,约90min绕地球一圈。空间站主体包括核心舱、实验舱I和实验舱II,采用水平对称T字构型。2021年4月29日成功发射的 “天和”核心舱用于统一控制和管理空间站组合体、提供航天员生活和工作场所,同时支持部分学科的科学研究,后续将发射的 “梦天”实验舱和 “问天”实验舱主要用于支持开展空间科学与应用研究[3]。

天宫空间站单舱规模远超天宫一号,核心舱全长达18.1m,最大直径4.2m,且在轨寿命长达15年,受到空间碎片的威胁大得多。……