本书从空间碎片的定义与分类入手，介绍了其来源、特性、监测手段、风险评估方法，并深入探讨了空间碎片对太空环境及人类航天活动的影响以及减缓应对措施，通过对国际法规、政策及合作机制的梳理，为读者提供一个系统而全面的空间碎片知识框架。全书共11章，内容包括：概述、空间碎片探测定轨、空间碎片编目、航天器碰撞预警、空间事件分析、空间碎片环境建模、空间碎片被动防护、空间碎片环境减缓、空间交通管理、流星体、近地天体预警防御。
样章试读
目录
- 目录
前言
第1章 概述 001
1.1 定义和来源 001
1.1.1 空间碎片的定义 001
1.1.2 空间碎片的来源 002
1.1.3 空间碎片的增长机制和减少机制 006
1.2 空间碎片的数量和分布 006
1.2.1 空间碎片数量随尺寸的分布 007
1.2.2 空间碎片数量随高度的分布 007
1.3 空间碎片的危害和风险 009
1.3.1 对航天器的危害 009
1.3.2 对地面的危害 010
1.3.3 对天文观测的污染 012
1.4 空间碎片的应对 012
1.5 小结 013
复习思考题 013
第2章 空间碎片探测定轨 014
2.1 空间碎片雷达探测 014
2.1.1 空间碎片雷达探测能力 014
2.1.2 几种典型雷达类型 015
2.1.3 雷达观测数据 016
2.2 空间碎片光学望远镜探测 017
2.2.1 望远镜观测空间碎片的可见条件 017
2.2.2 望远镜光学系统 018
2.2.3 地基望远镜 021
2.3 空间碎片激光探测 025
2.3.1 激光测距系统的基本原理 025
2.3.2 激光的发射与接收 025
2.3.3 激光测距控制 027
2.3.4 激光测距的精度 028
2.3.5 激光测距与同步测角 028
2.4 空间碎片天基探测 029
2.4.1 天基探测的特点 029
2.4.2 天基望远镜 029
2.5 空间碎片监测网 030
2.5.1 监测网的组成和任务 030
2.5.2 监测网的调度 031
2.5.3 监测网的部署 033
2.5.4 美国空间碎片监测网 033
2.5.5 国际光学观测网 039
2.5.6 欧洲空间监视和跟踪网 042
2.5.7 全球空间态势感知协调系统 043
2.6 空间碎片定轨 043
2.6.1 时间系统和参考系概述 043
2.6.2 二体运动轨道根数 044
2.6.3 受摄二体运动 047
2.6.4 轨道确定 050
复习思考题 053
第3章 空间碎片编目 054
3.1 编目流程 054
3.2 数据关联识别 056
3.3 编目更新 059
3.4 新碎片的编目 060
3.4.1 未关联数据处理 060
3.4.2 未关联数据的识别 061
3.5 编目能力指标 062
3.6 轨道数据标准 063
3.6.1 空间物体轨道数据规范 063
3.6.2 美国两行根数 065
3.7 美国编目系统的现状 066
3.7.1 美国编目数据处理体系 067
3.7.2 美国编目系统的发展 068
3.8 欧空局空间碎片编目系统 068
3.8.1 SST的核心软件和指标 069
3.8.2 SST的功能架构和组成 069
3.9 编目系统的发展 070
复习思考题 071
第4章 航天器碰撞预警 072
4.1 在轨预警计算流程 073
4.2 轨道筛选 074
4.2.1 高度筛选 074
4.2.2 轨道间最小距离筛选 074
4.2.3 过交线时间筛选 077
4.3 交会关系预报和误差分析 077
4.3.1 交会关系预报 077
4.3.2 误差分析 078
4.4 交会风险估计 078
4.4.1 碰撞判据 078
4.4.2 碰撞概率计算 079
4.4.3 碰撞概率阈值 081
4.5 规避策略制定 082
4.5.1 轨道机动模型 083
4.5.2 轨道预报模型 084
4.5.3 欧洲环境卫星（Envisat）规避例子 085
4.6 发射预警 086
4.6.1 发射预警过程 086
4.6.2 发射预警与在轨预警的差别 086
4.7 国外空间碎片碰撞预警现状 088
4.7.1 美国碰撞预警现状 088
4.7.2 欧洲碰撞预警现状 092
复习思考题 095
第5章 空间事件分析 096
5.1 轨道机动事件 096
5.1.1 轨道机动事件类型 096
5.1.2 轨道机动分类 097
5.1.3 轨道机动事件的发现 098
5.2 解体事件 098
5.2.1 典型解体事件 098
5.2.2 解体碎片分布的演化时空规律 103
5.2.3 解体事件性质分析 104
5.2.4 解体碎片轨道特征分布 107
5.3 再入陨落事件 110
5.3.1 陨落预报概念 110
5.3.2 近圆轨道寿命估计 112
5.3.3 大椭圆轨道寿命预报模型 113
5.3.4 再入预报 114
5.3.5 面积质量比估计 115
5.4 国外事件应对技术现状 116
5.4.1 美国事件应对技术 116
5.4.2 欧洲事件应对技术 118
复习思考题 118
第6章 空间碎片环境建模 119
6.1 空间碎片环境模型 119
6.1.1 空间碎片源模型 119
6.1.2 建模基本参数和概念 123
6.1.3 环境模型特点和发展 124
6.1.4 环境模型建模原理和流程 126
6.2 空间碎片环境演化模型 129
6.2.1 主要的空间碎片演化模型 130
6.2.2 演化模型研究的发展趋势 132
6.2.3 我国空间碎片环境长期演化模型SOLEM 132
6.2.4 SOLEM模型与国际模型的主要研究结果 138
6.3 空间碎片环境模型研究国际热点和方向 143
6.3.1 低地球轨道进行主动碎片清除的益处 144
6.3.2 解决小卫星和大星座增长的潜在减缓方法 144
6.3.3 发射模型建模研究 147
6.3.4 影响未来环境预测的不确定性调查 148
6.3.5 描述环境对PMD和ADR实施延迟的响应 150
6.3.6 空间碎片环境现状评价 151
6.3.7 低LEO大型星座对环境的影响 151
复习思考题 152
第7章 空间碎片被动防护 153
7.1 航天器被动防护概述 153
7.2 空间碎片撞击航天器的现象 154
7.2.1 超高速撞击现象 155
7.2.2 超高速撞击中弹丸行为 156
7.3 惠普尔防护结构 157
7.3.1 惠普尔防护结构的发展 159
7.3.2 惠普尔防护结构的应用 161
7.4 超高速撞击地面试验 164
7.4.1 超高速撞击发射设备 165
7.4.2 撞击速度测量技术 167
7.4.3 数值仿真 169
7.5 撞击风险评估 171
7.6 当前研究现状 171
复习思考题 173
第8章 空间碎片环境减缓 174
8.1 空间碎片减缓指南 175
8.2 空间碎片的减缓措施 177
8.2.1 控制操作性碎片 177
8.2.2 禁止在轨解体 177
8.2.3 实施碰撞规避 178
8.2.4 离轨 178
8.2.5 火箭和航天器的钝化 179
8.2.6 减缓效果评估 180
8.3 空间碎片减缓标准 183
8.3.1 当前框架 183
8.3.2 各个标准的范围 184
8.3.3 ISO24113:2023 187
8.3.4 ISO空间碎片技术标准按照减缓措施归类 188
8.4 空间碎片主动清除 189
8.4.1 清除策略 190
8.4.2 清除技术 192
8.4.3 空间碎片清除面临的挑战 198
复习思考题 199
第9章 空间交通管理 200
9.1 空间交通管理基本概念 200
9.2 国际空间交通管理相关法律规则 203
9.2.1 外空活动长期可持续性准则 203
9.2.2 外空透明度与建立信任措施 204
9.2.3 外空委空间交通管理新议程 206
9.2.4 美国国家空间交通管理政策 206
9.3 空间交通管理技术措施和规则 207
9.3.1 针对各阶段的空间交通管理 207
9.3.2 针对轨道分区的空间交通管理 210
9.4 空间交通管理规则框架 212
9.4.1 现有可参考框架 212
9.4.2 空间交通管理框架基本构成 213
9.4.3 空间交通管理主要技术措施 214
9.5 空间交通管理的有益尝试———空间可持续评级 215
9.5.1 SSR背景情况 215
9.5.2 SSR形成过程 215
9.5.3 SSR主要内容 218
9.5.4 SSR与LTS的关系 220
9.5.5 SSR的影响分析 221
复习思考题 223
第10章 流星体 224
10.1 流星体的概念 224
10.1.1 流星和流星体 224
10.1.2 偶现流星体 224
10.1.3 流星雨 225
10.1.4 流星体群 225
10.2 流星体的来源 225
10.3 流星体的危害 225
10.4 流星体的分布 226
10.5 流星暴 227
复习思考题 229
第11章 近地天体预警防御 230
11.1 基本概念 230
11.1.1 定义 230
11.1.2 轨道分类 230
11.1.3 材质分类 231
11.2 近地天体的威胁 231
11.2.1 近地天体撞击危害 231
11.2.2 历史撞击和危险交会事件 232
11.3 近地天体监测预警 232
11.3.1 近地天体监测 232
11.3.2 近地天体预警流程 237
11.4 防御应对 239
11.4.1 防御策略 239
11.4.2 近地天体应对国际组织 239
11.4.3 防御技术研究进展 240
11.4.4 近地天体防御相关航天任务 243
复习思考题 246
参考文献 247
京公网安备 11010102004214号