【摘要】：空間碎片對(duì)航天器的在軌運(yùn)行造成了嚴(yán)重的威脅[1],許多國家在航天任務(wù)規(guī)劃階段就將空間碎片的影響納為重點(diǎn)研究問題。目前,防護(hù)設(shè)計(jì)是提高航天器抵御空間碎撞擊威脅能力的主要手段,空間碎片環(huán)境下航天器生存力評(píng)估是實(shí)現(xiàn)防護(hù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。目前的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件在計(jì)算空間碎片撞擊概率時(shí),將航天器表面進(jìn)行有限元?jiǎng)澐?以面元為單位進(jìn)行敏感性計(jì)算。航天器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,表面眾多,這樣的方法具有效率低下的缺點(diǎn)。此種處理方式在與易損性算法結(jié)合時(shí)也帶來了問題:在分析航天器內(nèi)部部件時(shí),很難得到撞擊到內(nèi)部部件上的空間碎片具體參數(shù),因此對(duì)計(jì)算內(nèi)部部件擊穿情況及失效概率時(shí)只能應(yīng)用有限的幾種失效準(zhǔn)則。針對(duì)這兩個(gè)問題,本文介紹一種基于射線法的空間碎片撞擊航天器生存力評(píng)估方法。文章對(duì)該生存力評(píng)估方法的總體方案進(jìn)行了介紹,給出了空間碎片環(huán)境下影響航天器生存力的關(guān)鍵因素和建模方法。闡述了基于虛外墻法的航天器敏感性分析方法和兼容多種失效準(zhǔn)則的航天器易損性分析方法的具體方案,明確二者涉及的關(guān)鍵問題并給出解決思路。為解決敏感性算法中初始射線生成問題,本文提出了虛外墻法。給出了虛外墻法的具體實(shí)現(xiàn)步驟,和虛外墻的特征參數(shù)。通過防護(hù)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)工況仿真,驗(yàn)證了虛外墻法和敏感性算法的正確性,得到了本文敏感性算法比S3DE經(jīng)典算法效率更高的結(jié)論。為模擬超高速撞擊碎片云的軌跡與行為,本文提出了射線模擬碎片云方法,給出了方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟。應(yīng)用該方法對(duì)碎片撞擊Whipple板形成的碎片云進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果特征與地面實(shí)驗(yàn)碎片云特征一致,證明射線法模擬碎片云方法的正確性。應(yīng)用基于射線法的空間碎片撞擊航天器生存力評(píng)估方法進(jìn)行了軟件開發(fā),作為生存力評(píng)估軟件S3DE的一個(gè)生存力解算模式,介紹了軟件的總體框架和操作界面。應(yīng)用軟件對(duì)模擬衛(wèi)星進(jìn)行生存力分析,分析結(jié)果與S3DE經(jīng)典算法結(jié)果一致,證明了本文介紹的生存力算法的正確性。本文的研究成果提供了一種高效且支持多種失效準(zhǔn)則的空間碎片撞擊航天器生存力分析方案,給出了其中關(guān)鍵問題的解決方法,具有一定工程應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)并不足以對(duì)航天器失效情況進(jìn)行充分準(zhǔn)展開了有關(guān)航天器易損性的研究，其中 NASA 對(duì)于易相當(dāng)成熟，并針對(duì)典型部件的易損性進(jìn)行了大量的實(shí)動(dòng)的逐漸頻繁，研究人員開始嘗試更加有效的對(duì)在軌航天器生存力分析應(yīng)運(yùn)而生。究進(jìn)展早展開易損性研究工作的國家，但由于保密性等原因文章較少。NASA 針對(duì)衛(wèi)星開發(fā)了 HIVAM(HyperArea Model）模型，該模型通過對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)模型的易損性行應(yīng)用，可以進(jìn)行定量、快速的計(jì)算衛(wèi)星承受碎片超過三次樣條插值的方法使 MMOD 從低速到高速再到超。HIVAM 包括三種失效準(zhǔn)則：單個(gè)碎片或二次碎片的碎片云動(dòng)量）；碎片云沖擊下部件的速度增量。該模型基定撞擊下，碎片路徑、二次碎片云的分布情況以及各問題，如圖 1-1 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文難性失效概率 PNCF(Probability of No Catastrophic Failure)的相關(guān)研究。針對(duì)間站，NASA 開發(fā)了 MSCSurv 軟件。國際空間站災(zāi)難性失效主要指艙體或員的損失，而 PNCF 的計(jì)算考慮了空間碎片或微流星體穿透艙壁后的影響效括載人艙失壓速度、宇航員的應(yīng)對(duì)以及國際空間站被擊穿后的普通影響效應(yīng)SCSurv 軟件的總體評(píng)估流程如圖 1-3 所示，其中考慮到的災(zāi)難性事件包括穿孔或裂紋、關(guān)鍵部件損失、沖擊力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失效、宇航員缺氧、宇航、致命性艙體泄壓等。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656130