王立武,冯瑞,张九双,王广兴,王奇,何青松

(1.东南大学国家预应力工程技术研究中心,南京 211189;2.北京空间机电研究所,北京 100094;3.中国航天科技集团有限公司航天进入、减速与着陆技术实验室,北京 100094)

1 引言

随着人类太空探索活动的日益频繁,发射任务过程中产生的大量火箭抛弃物和废弃航天器滞留在太空中[1]。其中,近地轨道 (LEO)区域尤为严重,容纳了约90%的空间碎片,对当前和未来的航天器在轨运行造成了巨大的安全隐患[2]。控制空间碎片数量已经成为业界共识,并成为世界主要航天国家的优先事项之一。目前,最有效的方法是将寿命末期的航天器从轨道上及时移除[3,4],主要的离轨方式包括推力离轨、太阳帆离轨、电动力绳离轨以及增阻离轨等。其中,增阻离轨技术以大收拢比、质量轻、成本低、不需额外燃料等优势,在LEO空间碎片减缓方面具有广阔的应用前景。其原理是通过展开大面积的增阻面来有效提升寿命末期航天器的面质比,同时减小弹道系数,充分利用稀薄大气阻力对航天器进行快速降轨并最终进入稠密大气层烧毁[5-8]。因此,准确预测所选增阻离轨装置稀薄流区的气动特性对总体设计具有重要意义。

在稀薄流域,分子之间间距较大,经典连续介质假设不再成立,广泛用于飞行器流场数值模拟的NS方程、Euler方程等不再适用。故需要从微观分子模型角度出发,采用稀薄气体动力学方法开展研究。在求解稀薄气体动力学问题的诸多方法中,DSMC方法被认为是20世纪下半叶稀薄气体动力学的代表性成果,是当前工程实践中求解稀薄流域问题的主流方法。……