发布时间：2017-12-14
空间碎片，是指人类空间活动的产物。包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间的碰撞产生的碎块等，是空间环境的主要污染源。
自从1907年苏联人造卫星发射以来，美国监测网络NORAD监测和编目了大约20000个左右直径大于10cm的空间碎片。现在，大约还有7 500个碎片处于地球轨道中，主要在低地球轨道中(1995年数量为5747)。剩下的13 000个，有的被燃尽，有的则返回地球，比如有效载荷。此外，还有直径大于1 cm的碎片约10000个，直径大于1mm碎片约100000个。碎片数量肯定会不断增加，因为碎片彼此相会产生新的碎片（这种碎片被称作二次碎片）。多数碎片位于近似圆形的轨道上。在500km高度，质量小于1g的物体寿命最多只有几年，在太阳活动高峰期间，寿命则只有几个月。而地球静止轨道上的碎片寿命实际是无限的。
载人飞船是典型的低轨道航天器( LEO)，其轨道所处区域空间碎片密度较大，碎片的撞击对飞船运行的可靠性和安全性构成严重威胁。特别是当航天员进行舱外活动时，由于失去了舱壁的保护，碎片撞击的危害会更加严重，甚至直接威胁到航天员的生命安全。因此，通过考虑飞船运行的轨道高度、轨道倾角以及任务的时间节点等预报因子，采用国际上通用的预报模型，计算飞船轨道的空间碎片分布，得到任务期间飞船所处的空间碎片环境；在预报中给出环境评估结果，评估结果对于飞船调姿、变轨具有一定参考作用；同时，在预警软件中以动态图形的方式对飞船所经轨道的空间碎片环境进行预示，直观显示载人航天任务的空间碎片环境预警信息。在任务期间，可实时提供飞船所在位置不同尺度的空间碎片通量，并发布预警信息，以及时规避危险空间碎片。
空间碎片预警
-空间碎片观测
从空间碎片观测的角度讲，雷达探测区间能覆盖星载平台前进方向半球牵域最好，可解决多方向碎片探测问题。基于星载平台的毫米波雷达观测区域如右图所示，其中大球表示地球，小球表示某时刻雷达的可观测区域，筒状结构内包含的区域即为所有可被雷达观测到的区域集合。
在一定数据率下，为实现上述探测区域的覆盖，雷达探测方式和天线的形式都需深入研究。比较可取的是不过度复杂的具有同时多波束的宽覆盖天线。与此同时，根据星载平台周围空间碎片的尺寸和其径向速度的大小来划分目标的威胁等级，确定星载雷达在某个时间段的观测方向，插入目标确认和重复观测任务，研究观测过程中的雷达和碎片的时空关系也十分必要。
空间碎片与激光相互作用
高能激光束辐照物质表面，向物质表面注入能量，表面温度急剧上升，表面熔融、汽化、产生等离子体，形成蒸气和等离子体反喷羽流(与入射激光方向相反)，使得靶材物质获得冲量，即获得速度增量(简称烧蚀反喷获得速度增量)。研究表明，入射激光方向即使偏离表面法线方向，烧蚀反喷羽流方向始终沿着表面法线方向。
地基激光清除空间碎片
地基激光清除空间碎片是激光站部署在地面，激光束通过大气传输，作用在空间碎片表面，表面烧蚀反喷获得速度增量，降低原来轨道速度，改变碎片轨道近地点高度，当近地点高度低于150km时，碎片很快坠人大气层中，在气动阻力作用下迅速烧毁。
地基激光清除空间碎片，由于具有能源保障方便、系统提供能量高、易于维护和技术可行性强等优点，得到普遍关注。美国、德国和日本等相继开展了地基激光清除空间碎片研究，其中美国NASA的0RION计划最具有代表性。
