空间碎片超高速撞击载人密封舱Whipple结构感知与定位研究

发布时间：2020-08-15 22:27

【摘要】：随着人类对太空环境持续不断地探索,空间碎片环境日益恶劣,严重威胁在轨航天器的安全运行。根据尺寸分为大碎片、小碎片和危险碎片,其中对于大碎片主要采用在轨机动进行规避;对于小碎片主要采用防护结构;但是对于直径在1cm~10cm范围内的危险碎片,既无法准确预测其轨道参数,提前规避,也无法对其有效防护。针对危险碎片,人们提出对撞击事件进行感知、定位及损伤模式识别的在轨感知系统。大型载人航天器的舱壁外通常安装有Whipple防护结构,采用T型支柱连接固定。空间碎片与Whipple结构防护屏发生碰撞时,产生的声发射信号会经过T型支柱传递到安装在舱壁上的传感器,从而与二次碎片云直接撞击舱壁的信号发生一定叠加。对空间碎片撞击在轨航天器密封舱Whipple防护结构的感知与定位问题进行研究。主要内容如下:(1)Whipple结构上板下传信号传递的时序特征。Whipple结构存在多个T型支柱,分析下传支柱的时序特征,将传感器采集到的信号与下传信号支柱顺序对应,是实现对Whipple结构防护屏声发射源定位的关键。当传感器距某一T型支柱的距离小于所有T型支柱间距离中最短的1/10时,传感器采集的信号头部由此T型支柱传下。(2)Whipple结构超高速撞击无干扰区范围。当空间碎片击穿Whipple结构防护屏产生的二次碎片云撞击在舱壁上,所产生声发射信号与经由T型支柱传递到舱壁信号在时域可能发生耦合。通过地面实验对空间碎片撞击Whipple结构防护屏事件模拟,传感器采集到的声发射信号的头部为碎片云二次撞击产生,上板下传信号不会对超高速撞击定位产生干扰。(3)Whipple结构上板下传信号感知识别。从时域、频域以及模态特征三个方面对传感器可能采集到的信号分析,根据信号的时域、频域以及模态特征的差异区分,其识别率为90%,当上板下传信号距离撞击位置较远时,信号很难与其他干扰信号区分开。(4)Whipple结构防护屏撞击源定位并研究舱外设备对定位结果影响。首先提出了一种面对Whipple结构防护屏的定位算法,使用两种长度T型支柱的Whipple结构进行实验,对定位算法验证。两种支柱下的定位精度都满足要求。设备对信号传播的影响较小,影响信号传播的主要因素是信号穿过加筋结构的数量,加筋节点不会对信号传播产生影响。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V528
【图文】：

地球轨道,物体,空间碎片,近地轨道

尘则是小空间碎片的主要来源[3]。图 1-情况。空间碎片主要分布在近地轨道上，简称 LEO。在 LEO 区域内，空间碎片的平近地轨道运行速度不及微流星体，但是天器的安全产生严重威胁[4]。在中高轨道以下的轨道区域，简称 MEO）和地球道，轨道高度约为 35786km，简称为 G区域生成的空间碎片几乎不会衰减。

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图 1- 2 空间碎片增长示意图[6]看出，从 1957 年第一颗卫星进入太空到 2017 年止，）总数已经超过 17000 个。其中占主要影响的是由在空间碎片（Fragmentation Debris）。在 2010 年后，世对在轨飞行器的威胁，对空间碎片的形成实施了严格的

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Whipple防护结构示意图

【参考文献】