激光清理太空碎片新方法：激光脉冲

2016-08-15 09:31

　激光烧蚀法可以通过将太空碎片撞出地球大气层，然后将碎片摧毁，从而达到移除卫星通信干扰的目的。

　　激光烧蚀太空碎片的新方法集中在激光诱导损伤的次级效应，在地球试验中不会立即显示出来，但是在太空失重状态下就会非常明显：当激光诱导材料烧蚀发生时，激光烧蚀流的反冲会对目标进行能量传递。

　　随机分布在太空中的不规则形状物体（大多数太空碎片就是典型的不规则物体）易于造成威胁，因为很难预测激光脉冲对目标带来作用的方向和数量。

　　太空碎片移除过程中，很重要的信息是片段的位置。

　　当前用来确定片段位置所使用的是太空碎片引发的反射作用。

　　基于雷达的方法利用了雷达站发射的无线电波的反射作用，光学探测则依靠目标碎片的阳光反射。

　　德国航空航天中心的太空碎片激光烧蚀研究人员模拟了激光烧蚀冲量耦合空间碎片，旨在调整碎片的轨道，并且通过在地球大气层将碎片烧毁而达到碎片清理的目的。

　　因此，他们开发了一个名为不规则外观碎片检查方案（EXPEDIT），旨在检测影响激光烧蚀推力的变量参数。

　　他们鉴于能量传递而对简单的目标和实际太空碎片进行了检测。并且通过蒙特卡罗研究对动量进行了分析。

　　结果显示，即使是碎片初始位置和方向发生细微的变化，都会对其轨道带来明显的影响。

　　研究人员确定了容易通过激光烧蚀法移除的碎片目标，以及非常依赖方向的目标。

　　他们发现激光诱导能量产生的最佳脉冲接收器是面向垂直于入射激光束的完美平面。

　　相比之下，常态与激光束相反的表面元件接收到的激光能量密度较低。此外，相应的脉冲矢量包含了一个垂直于该光束轴的横向分量。

　　一种用来解释能量密度降低以及推力方向偏移的方法，是一个被称作区域矩阵的概念，能对激光诱导动量进行分析计算。

　　但是，这种方法忽略了复杂的几何形状以及随机面向目标所带来的影响。

　　研究人员指出：“我们的工作包括从实验室理想化的平面目标和优化激光准直到真实世界场景中模拟任意形状碎片以及有限的激光定位精度。”

　　尽管特定碎片物体的可预见性有限，但是研究人员发现，使用概率性的而非决定性的轨迹修改处理，这种激光法非常适合太空碎片移除的工作。

　　由于其每秒高达15公里的速度，小块碎片都会对太空飞行和卫星运行造成巨大威胁。

　　虽然大型太空碎片的位置是已知的，但是小于10厘米的碎片很难编录，甚至还有更小的小型碎片。

　　通过激光脉冲逐片将碎片脱离太空轨道，可能是大规模移除太空碎片一个重要的方法。（文/Oscar译）

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