綦磊,孙立臣,龚自正,芮小博,张品亮,崔寓淏,曾捷

(1.北京卫星环境工程研究所,北京 100094;2.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072;3.南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京 210016)

1 引言

随着人类空间活动的增加,越来越多的空间碎片遗留在地球轨道上。截至2020年5月底,近地轨道被跟踪编目的10cm以上的空间碎片已经超过2万个,1～10cm的空间碎片约为75万个,1～10mm的空间碎片约为1亿个,1mm以下的微小空间碎片数以百亿计[1,2]。

空间碎片数量的快速增长为人类航天活动带来严重挑战,空间碎片探测是航天活动安全保障的重要一环。大碎片 (直径大于等于10cm)运动轨迹可以通过碎片观测进行预测,航天器根据轨道碰撞预警对其进行主动规避,因此大碎片与航天器发生碰撞的概率非常低。小碎片 (直径在1～10cm之间)和微小碎片 (直径不大于1cm)受制于观测水平难以准确确定空间分布,因此航天器也无法采取有效的主动规避措施。其中,微小碎片由于数量众多,分布较广,与航天器发生碰撞的概率非常高,对在轨航天器造成极大威胁。因此又被称为 “危险碎片”。美国国家航空航天局 (NASA)在检修中发现国际空间站多功能服务舱 (MLM)上直径在0.1～1.5mm的撞击坑有75个;燃料箱组件 (ATA)在轨7年间形成了49个直径在0.1～1mm的撞击坑[3]。天宫空间站作为中国航天事业的重要一环,2022年将完成在轨建造,预计在轨运行10年以上,将支持大量科学研究和实验,因此保证空间站在轨安全,避免空间碎片带来的结构破坏就显得尤为重要[4,5]。……