隨著人類空間活動的增多,空間碎片的數(shù)量也以驚人的速度增長著�？此瞥叽绮淮蟮目臻g碎片可能會對航天器造成毀滅性的影響。同時由于空間碎片的自然衰減過程相當(dāng)緩慢,并且已存在的空間碎片之間又會不斷發(fā)生“凱斯勒效應(yīng)”(Kessler Syndrome),最終可能會使得軌道資源無法再被利用。因此要想改善空間環(huán)境,人類必須盡快進行空間碎片的主動清除工作。然而目前還沒有成熟的可以運用于空間碎片清除的手段,基于這種考慮,本文提出了一種高效的可重復(fù)侵徹飛錨捕獲空間碎片的方法,并進行了相關(guān)的理論研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計和實驗驗證等工作。首先,基于空腔膨脹理論和統(tǒng)一強度理論建立了飛錨侵徹靶板的理論模型,推導(dǎo)出了飛錨侵徹靶板過程中所受阻力的表達(dá)式,進而為后面的飛錨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論支持;然后通過該模型和ANSYS WORKBENCH軟件對飛錨侵徹靶板的過程進行了分析,并對常見的三種不同錨頭形狀(錐形頭,卵形頭和半球形頭)飛錨的侵徹能力進行了比較;同時建立了飛錨侵徹多層靶板和斜侵靶板的理論模型并對其進行了仿真分析;并且對該飛錨系統(tǒng)的錨固理論進行了簡要分析。其次,進行了可重復(fù)侵徹飛錨系統(tǒng)的飛錨本體結(jié)構(gòu)設(shè)計和與之對應(yīng)的可重復(fù)發(fā)射回收裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于飛錨本體結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種可重復(fù)伸縮結(jié)構(gòu),通過該機構(gòu),飛錨可以順利地完成和目標(biāo)空間碎片之間連接和分離的任務(wù),為后續(xù)目標(biāo)碎片的拖拽和清除等任務(wù)的執(zhí)行做準(zhǔn)備;同時對該飛錨本體的附著結(jié)構(gòu)部分的錨固力進行了分析和仿真;然后針對可重復(fù)性的特點進行相應(yīng)的發(fā)射回收裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計,并使之可以重復(fù)地完成飛錨的發(fā)射和回收工作。重點針對飛錨系統(tǒng)發(fā)射速度快和作用力大的特點,進行了飛錨發(fā)射前限位機構(gòu)的設(shè)計;同時應(yīng)用ANSYS WORKBENCH軟件分別對所設(shè)計的飛錨本體結(jié)構(gòu)和發(fā)射回收裝置結(jié)構(gòu)進行了仿真分析。最后,進行了地面實驗平臺的設(shè)計和搭建,并對所設(shè)計的飛錨系統(tǒng)進行了實驗驗證,包括飛錨本體的可重復(fù)伸展實驗、一系列飛錨侵徹靶板(垂直侵徹/斜侵/多層)的實驗和發(fā)射回收部分裝置結(jié)構(gòu)的實驗。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V42
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論1.1 引言自從 1957 年蘇聯(lián)人將造地球 1 號衛(wèi)星成功送入太空以后，人類探索太空的腳步就從未停止。60 多年來，人類已進行了 5000 多次空間發(fā)射活動，發(fā)射入軌的航天器超過 6000 個[1]。然而隨人類空間活動的日益增多，空間碎片的數(shù)量也以驚人的速度增長著。截至 2017 年，直徑 10cm 以上的在軌空間碎片數(shù)量多達(dá)將近 16000個，而直徑小于 10cm 的空間碎片數(shù)量則數(shù)以億計[2-3]�？臻g碎片的主要分布范圍是高度2000km以下的近地軌道(LEO)和高度約為3.6萬km的地球同步軌道(GEO)，其分布情況分別如圖 1-1 所示。

圖 1-2 LEO、MEO、GEO 上大碎片數(shù)量的預(yù)測結(jié)果[11]圖 1-3 低軌空間空間碎片數(shù)量仿真結(jié)果[12]近年來，各航天大國也都意識到，為了避免空間環(huán)境的繼續(xù)惡化，僅僅依靠

- 3 -圖 1-3 低軌空間空間碎片數(shù)量仿真結(jié)果[12]近年來，各航天大國也都意識到，為了避免空間環(huán)境的繼續(xù)惡化，僅僅依碎片自然衰減或?qū)嵤┧槠瑴p緩措施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，即使不再生成新的碎片，但空中已有的碎片與碎片、碎片與衛(wèi)星之間的碰撞也仍將繼續(xù)，從而產(chǎn)生更多的碎片因此要想改善空間環(huán)境，必須盡快進行空間碎片的主動清除工作。

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本文編號：2821904