空间小目标红外特性分析(2)

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3.1 空间垃圾的温度计算模型 11

3.2 空间碎片红外特性模型 17

3.3 本章小结 19

4 空间碎片温度及红外特性计算结果 20

4.1 空间碎片温度计算结果 20

4.2 空间碎片红外辐射特性分析结果 23

4.3 本章小结 26

结论 28

致谢 29

参考文献 30

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

自上世纪五十年代前苏联发射第一个人造卫星开始，人类航天活动不断进行。五十多年来一共进行5000多次航天发射活动。发射过程中除卫星进入轨道外还会有一些无用的结构部件进入太空；据记录，自1957年以来，有194颗的卫星发生了解体事件[1]，每一次解体都会产生大量的残骸与碎片。运行多年失效的卫星、结构部件以及它们在轨解体产生的大量残骸与碎片等形成了一种人为的外层空间环境—空间碎片环境。空间碎片数量众多，给航天器的正常运行造成了严重的威胁，因此建立准确的空间碎片环境模型对航天器保护具有重大意义。

对空间碎片的探测数据是建立空间碎片环境模型的基础，利用红外辐射特性探测空间目标是一种有效的方法[2]，目标的红外辐射特性是地基光学精密测轨与探测的理论基础。目前，国内外大多数研究都是基于白天可见光的探测[3-4]，然而可见光波段的探测过程只能在白天进行，其探测结果受到太阳和目标位置关系的限制，红外探测技术能够实现对处于阴影区的空间目标的探测，对目标的跟踪，观测准确性都大大提高[5]。空间碎片的红外特性建模与分析，还可用于空间目标的红外识别与分类，以及为反卫武器的探测制导提供依据，从而加强对空间态势的监测与控制。

1.1.1 空间碎片环境

空间碎片环境是人为的空间环境，是长期动态积累形成的。空间碎片尺寸有很大差别，直径可从从10um到1m不等，根据尺寸可分为大空间碎片，小空间碎片等。碎片运动速度很高（低轨道达到10km/s)，即使很小尺寸的碎片对航天器也会构成很大威胁。

随着人类航天活动增加，空间碎片数目急剧增加。在太空中形成了碎片带，空间碎片带的演化[6]如图1所示：

空间碎片带的演化过程

图1 空间碎片带的演化过程[6]

从图1中我们可以看出空间碎片增长十分明显，碎片分布主要集中在两个区域，一个是近地轨道，高度为200km～2000km之间。另一个则为地球同步轨道，高度约为35786km。太空环境已经十分拥挤，对人类航天活动带来了严峻考验。

空间碎片随时间变化情况[6]如图2所示：

空间碎片随时间分布[6]

从图2中可以看出，碎片数量在近年来几乎呈线性增长，在2009年编目碎片数目已经达到17000个。碎片数目众多，对航天发展和安全造成了很大的威胁，应该引起国内外的高度重视。从图中还可以看到有两次碎片跃升的出现，其中一次为2007年中国风云一号卫星事件，另一次为2009年美国铱星33与俄罗斯已报废的宇宙-2251卫星在西伯利亚上空发生相撞。卫星相撞会瞬间使得碎片数目突增。论文网

空间碎片一旦形成就会变得很难治理，随着人类航天活动的进行以及空间目标的碰撞势必会产生更多碎片，因此必须采取措施减缓碎片数目增长，避免航天器及碎片碰撞事件的发生。