【摘要】：隨著人類對(duì)太空環(huán)境持續(xù)不斷地探索,空間碎片環(huán)境日益惡劣,嚴(yán)重威脅在軌航天器的安全運(yùn)行。根據(jù)尺寸分為大碎片、小碎片和危險(xiǎn)碎片,其中對(duì)于大碎片主要采用在軌機(jī)動(dòng)進(jìn)行規(guī)避;對(duì)于小碎片主要采用防護(hù)結(jié)構(gòu);但是對(duì)于直徑在1cm~10cm范圍內(nèi)的危險(xiǎn)碎片,既無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其軌道參數(shù),提前規(guī)避,也無(wú)法對(duì)其有效防護(hù)。針對(duì)危險(xiǎn)碎片,人們提出對(duì)撞擊事件進(jìn)行感知、定位及損傷模式識(shí)別的在軌感知系統(tǒng)。大型載人航天器的艙壁外通常安裝有Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu),采用T型支柱連接固定�？臻g碎片與Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏發(fā)生碰撞時(shí),產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)T型支柱傳遞到安裝在艙壁上的傳感器,從而與二次碎片云直接撞擊艙壁的信號(hào)發(fā)生一定疊加。對(duì)空間碎片撞擊在軌航天器密封艙Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)的感知與定位問(wèn)題進(jìn)行研究。主要內(nèi)容如下:(1)Whipple結(jié)構(gòu)上板下傳信號(hào)傳遞的時(shí)序特征。Whipple結(jié)構(gòu)存在多個(gè)T型支柱,分析下傳支柱的時(shí)序特征,將傳感器采集到的信號(hào)與下傳信號(hào)支柱順序?qū)?yīng),是實(shí)現(xiàn)對(duì)Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏聲發(fā)射源定位的關(guān)鍵。當(dāng)傳感器距某一T型支柱的距離小于所有T型支柱間距離中最短的1/10時(shí),傳感器采集的信號(hào)頭部由此T型支柱傳下。(2)Whipple結(jié)構(gòu)超高速撞擊無(wú)干擾區(qū)范圍。當(dāng)空間碎片擊穿Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏產(chǎn)生的二次碎片云撞擊在艙壁上,所產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)與經(jīng)由T型支柱傳遞到艙壁信號(hào)在時(shí)域可能發(fā)生耦合。通過(guò)地面實(shí)驗(yàn)對(duì)空間碎片撞擊Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏事件模擬,傳感器采集到的聲發(fā)射信號(hào)的頭部為碎片云二次撞擊產(chǎn)生,上板下傳信號(hào)不會(huì)對(duì)超高速撞擊定位產(chǎn)生干擾。(3)Whipple結(jié)構(gòu)上板下傳信號(hào)感知識(shí)別。從時(shí)域、頻域以及模態(tài)特征三個(gè)方面對(duì)傳感器可能采集到的信號(hào)分析,根據(jù)信號(hào)的時(shí)域、頻域以及模態(tài)特征的差異區(qū)分,其識(shí)別率為90%,當(dāng)上板下傳信號(hào)距離撞擊位置較遠(yuǎn)時(shí),信號(hào)很難與其他干擾信號(hào)區(qū)分開(kāi)。(4)Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏撞擊源定位并研究艙外設(shè)備對(duì)定位結(jié)果影響。首先提出了一種面對(duì)Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏的定位算法,使用兩種長(zhǎng)度T型支柱的Whipple結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)定位算法驗(yàn)證。兩種支柱下的定位精度都滿足要求。設(shè)備對(duì)信號(hào)傳播的影響較小,影響信號(hào)傳播的主要因素是信號(hào)穿過(guò)加筋結(jié)構(gòu)的數(shù)量,加筋節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生影響。
【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
【圖文】：

塵則是小空間碎片的主要來(lái)源[3]。圖 1-情況。空間碎片主要分布在近地軌道上，簡(jiǎn)稱 LEO。在 LEO 區(qū)域內(nèi)，空間碎片的平近地軌道運(yùn)行速度不及微流星體，但是天器的安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅[4]。在中高軌道以下的軌道區(qū)域，簡(jiǎn)稱 MEO）和地球道，軌道高度約為 35786km，簡(jiǎn)稱為 G區(qū)域生成的空間碎片幾乎不會(huì)衰減。

圖 1- 2 空間碎片增長(zhǎng)示意圖[6]看出，從 1957 年第一顆衛(wèi)星進(jìn)入太空到 2017 年止，）總數(shù)已經(jīng)超過(guò) 17000 個(gè)。其中占主要影響的是由在空間碎片（Fragmentation Debris）。在 2010 年后，世對(duì)在軌飛行器的威脅，對(duì)空間碎片的形成實(shí)施了嚴(yán)格的

Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉治東;龐寶君;劉剛;向明江;劉源;賈東永;;超高速撞擊聲發(fā)射信號(hào)在Whipple結(jié)構(gòu)中的傳播時(shí)序特性研究[J];宇航學(xué)報(bào);2015年03期

2 劉治東;龐寶君;唐頎;;基于虛擬波陣面的層合板聲發(fā)射源定位[J];壓電與聲光;2010年03期

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4 龔自正;李明;;美俄衛(wèi)星太空碰撞事件及對(duì)航天活動(dòng)的影響[J];航天器環(huán)境工程;2009年02期

5 劉武剛;龐寶君;韓增堯;唐頎;;超高速撞擊損傷的聲發(fā)射波特征研究[J];宇航學(xué)報(bào);2008年04期

6 孟濤;何仁洋;吳斌;焦敬品;何存富;;HHT在聲發(fā)射信號(hào)模態(tài)分析中的應(yīng)用[J];無(wú)損檢測(cè);2008年01期

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2 劉治東;空間碎片超高速撞擊載人密封艙在軌感知技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 遲潤(rùn)強(qiáng);彈丸超高速撞擊薄板碎片云建模研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 唐頎;超高速撞擊板波特性與聲發(fā)射空間碎片在軌感知技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

5 管公順;航天器空間碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

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2 李維修;幾種典型結(jié)構(gòu)的空間碎片在軌感知聲發(fā)射源定位技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 向明江;屏艙聲發(fā)射信號(hào)耦合及對(duì)在軌感知系統(tǒng)定位的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：2794746