【摘要】：隨著人類對太空環(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、小碎片和危險碎片,其中對于大碎片主要采用在軌機(jī)動進(jìn)行規(guī)避;對于小碎片主要采用防護(hù)結(jié)構(gòu);但是對于直徑在1cm~10cm范圍內(nèi)的危險碎片,既無法準(zhǔn)確預(yù)測其軌道參數(shù),提前規(guī)避,也無法對其有效防護(hù)。針對危險碎片,人們提出對撞擊事件進(jìn)行感知、定位及損傷模式識別的在軌感知系統(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,產(chǎn)生的聲發(fā)射信號會經(jīng)過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發(fā)生一定疊加。對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)上板下傳信號傳遞的時序特征。Whipple結(jié)構(gòu)存在多個T型支柱,分析下傳支柱的時序特征,將傳感器采集到的信號與下傳信號支柱順序?qū)?yīng),是實(shí)現(xiàn)對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,傳感器采集的信號頭部由此T型支柱傳下。(2)Whipple結(jié)構(gòu)超高速撞擊無干擾區(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)射信號與經(jīng)由T型支柱傳遞到艙壁信號在時域可能發(fā)生耦合。通過地面實(shí)驗對空間碎片撞擊Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏事件模擬,傳感器采集到的聲發(fā)射信號的頭部為碎片云二次撞擊產(chǎn)生,上板下傳信號不會對超高速撞擊定位產(chǎn)生干擾。(3)Whipple結(jié)構(gòu)上板下傳信號感知識別。從時域、頻域以及模態(tài)特征三個方面對傳感器可能采集到的信號分析,根據(jù)信號的時域、頻域以及模態(tài)特征的差異區(qū)分,其識別率為90%,當(dāng)上板下傳信號距離撞擊位置較遠(yuǎn)時,信號很難與其他干擾信號區(qū)分開。(4)Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏撞擊源定位并研究艙外設(shè)備對定位結(jié)果影響。首先提出了一種面對Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)屏的定位算法,使用兩種長度T型支柱的Whipple結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗,對定位算法驗證。兩種支柱下的定位精度都滿足要求。設(shè)備對信號傳播的影響較小,影響信號傳播的主要因素是信號穿過加筋結(jié)構(gòu)的數(shù)量,加筋節(jié)點(diǎn)不會對信號傳播產(chǎn)生影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V528
【圖文】：

塵則是小空間碎片的主要來源[3]。圖 1-情況。空間碎片主要分布在近地軌道上，簡稱 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，簡稱 MEO）和地球道，軌道高度約為 35786km，簡稱為 G區(qū)域生成的空間碎片幾乎不會衰減。

圖 1- 2 空間碎片增長示意圖[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 17000 個。其中占主要影響的是由在空間碎片（Fragmentation Debris）。在 2010 年后，世對在軌飛行器的威脅，對空間碎片的形成實(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 張凱;基于聲發(fā)射的典型結(jié)構(gòu)空間碎片撞擊在軌感知技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

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4 丁偉;長纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的高速彈丸撞擊特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號：2794746