激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]空間碎片是伴隨著人類航天發(fā)射活動而產(chǎn)生的太空垃圾，是地球軌道內(nèi)(高度約200?36000km)無任何功能和作用的人造物體及其碎片的統(tǒng)稱?？臻g碎片分布廣泛，數(shù)量龐大，已被編目的1cm以上的空間碎片約2萬個，厘米量級甚至更小空間碎片的數(shù)量則多達數(shù)千萬。空間碎片的存在嚴重威脅著在軌運行航天器的安全，同時空間碎片的不斷產(chǎn)生也對有限的軌道資源也構(gòu)成了嚴重威脅。目前，激光是公認的探測、清除空間碎片的潛在可行手段，引起了各航天大國的高度關(guān)注。
[0003]為研宄激光與空間碎片相互作用的機理與效果，需要在地面開展模擬實驗，測量激光與空間碎片相互作用產(chǎn)生的力學(xué)特性?，F(xiàn)有測量方法主要是基于扭擺的微沖量測量系統(tǒng)，將空間碎片固定在測量系統(tǒng)上，通過扭擺機構(gòu)和激光干涉測量機構(gòu)獲得空間碎片的受力情況。為保證測量精度，每次實驗前必須利用阻尼裝置盡可能使空間碎片保持靜止，因此只能測量單個激光脈沖的作用結(jié)果，無法獲得實際情況下多個脈沖連續(xù)照射空間碎片上的作用結(jié)果，且由于空間碎片固定在測量系統(tǒng)上，只能測量空間碎片沿特定方向的力學(xué)特征，無法模擬激光與空間相互作用的實際過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置，使其能測量多個脈沖連續(xù)照射空間碎片上的作用結(jié)果，且可以測量空間碎片可能沿不同方向的力學(xué)或運動特征，模擬激光與空間碎片相互作用的過程。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明提出的一種激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法，其包含以下步驟:準備步驟S 1，將空間碎片8置于空間模擬真空實驗艙內(nèi)1，使空間碎片8處于真空、冷黑和懸浮運動狀態(tài)，同時碎片運動狀態(tài)測量系統(tǒng)6實時記錄空間碎片8的運動狀態(tài)；作用步驟S2，激光系統(tǒng)7間斷多次或持續(xù)或單次作用于空間碎片8上，使空間碎片8運動狀態(tài)發(fā)生改變，同時觀測記錄系統(tǒng)6實時記錄空間碎片8的運動狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理步驟S3，對上述步驟獲得的數(shù)據(jù)處理分析并輸出。
[0006]本發(fā)明還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0007]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法，其中所述觀測記錄系統(tǒng)6為一臺或一臺以上的測量相機所述測量相機從不同觀測角度記錄空間碎片8的運動圖像。
[0008]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法，其中所述激光系統(tǒng)7通過空間模擬真空實驗艙I的激光入射窗口 5作用于空間碎片8上。
[0009]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法，其中所述激光系統(tǒng)7作用于空間碎片8上為一束或多束不同參數(shù)激光作用于空間碎片8上。
[0010]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法，其中所述碎片運動狀態(tài)測量系統(tǒng)配有的測量軟件通過目標識別或交會測量方法實時解算空間碎片8上特征點的空間坐標，并根據(jù)觀測記錄系統(tǒng)標定的空間坐標系獲得空間碎片8的三維六自由度的運動參數(shù)，據(jù)此獲得激光與空間碎片8相互作用的力學(xué)關(guān)系。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明提出的一種激光與空間碎片相互作用的實驗測量裝置，包括空間模擬真空實驗艙1，所述空間模擬真空實驗艙I可模擬外太空真空、冷黑環(huán)境，其特征在于還包括以下裝置或設(shè)備:懸浮系統(tǒng)3，通過磁懸浮或電懸浮形式使空間碎片8處于懸浮失重狀態(tài)；光學(xué)觀察窗口 4，所述光學(xué)觀察窗口 4設(shè)置在空間模擬真空實驗艙I的殼體上；激光入射窗口 5，所述激光入射窗口 5設(shè)置在空間模擬真空實驗艙I的殼體上；碎片運動狀態(tài)測量系統(tǒng)6，所述碎片運動狀態(tài)測量系統(tǒng)6通過光學(xué)觀察窗口 4記錄并分析空間碎片8的運動狀態(tài)；激光系統(tǒng)7，所述激光系統(tǒng)7通過激光入射窗口 5作用于空間碎片8上。
[0012]本發(fā)明還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0013]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量裝置，其中所述光學(xué)觀察窗口 4有三個，分別設(shè)置于空間模擬真空實驗艙I殼體的三個近似正交面上，從而可以從三個不同角度上記錄空間碎片8的運動狀態(tài)。
[0014]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量裝置，其中所述觀測記錄系統(tǒng)包括測量相機、相機支架和標定塊，測量相機通過空間模擬真空實驗艙I上的支架固定，使其能通過空間模擬真空實驗艙I的光學(xué)觀察窗口 4記錄空間碎片8的運動狀態(tài)；測量相機可通過其自身配置的軟件及標定塊建立空間坐標系。
[0015]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量裝置，其中所述激光系統(tǒng)7包括激光發(fā)生器、隨動跟瞄裝置12，所述激光發(fā)生器可通過隨動跟瞄裝置12的反射鏡的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)激光入射角度變化，使激光能夠始終覆蓋在處于運動狀態(tài)的空間碎片8上。
[0016]前述的激光與空間碎片相互作用的實驗測量裝置，其中所述激光系統(tǒng)7可產(chǎn)生一束激光或多束不同參數(shù)激光，經(jīng)激光入射窗口 5作用于空間碎片8上。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置，至少具有下列優(yōu)點:
[0018]一、本發(fā)明的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置，能夠測量激光與空間碎片相互作用產(chǎn)生的微沖量，并模擬激光作用于空間碎片的實際過程，通過非接觸測量方法獲得空間碎片受激光輻照后的三維六自由度運動參數(shù)。
[0019]二、本發(fā)明的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置，可實現(xiàn)多路激光同時作用于空間碎片的模擬實驗。
[0020]三、本發(fā)明的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置，可實現(xiàn)多路激光多次或連續(xù)作用于空間碎片的模擬實驗。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法優(yōu)選步驟示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明激光與空間碎片相互作用的實驗測量裝置一個優(yōu)選實施例示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明激光與空間碎片相互作用的實驗測量裝置一個優(yōu)選實施例原理示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置激光裝置隨動跟目苗原理示意圖。
[0025]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0026]1:空間模擬真空實驗艙
[0027]2:真空及溫度系統(tǒng)
[0028]3:懸浮系統(tǒng)
[0029]4:光學(xué)觀察窗口
[0030]5:激光入射窗口
[0031]6:碎片運動狀態(tài)測量系統(tǒng)
[0032]7:激光系統(tǒng)
[0033]8:空間碎片
[0034]9:變軌前軌道
[0035]10:變軌后軌道
[0036]11:運動空間
[0037]12:隨動跟瞄裝置
【具體實施方式】
[0038]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法及測量裝置其【具體實施方式】、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效詳細說明。
[0039]請參閱圖1，是本發(fā)明激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法步驟示意圖。本發(fā)明激光與空間碎片相互作用的實驗測量方法一個優(yōu)選實施例包括以下步驟:
[0040]準備步驟SI，將空間碎片8置于空間模擬真空實驗艙中1，調(diào)控空間模擬實驗艙的真空及溫度系統(tǒng)2、懸浮系統(tǒng)3，使空間碎片8處于真空、冷黑和懸浮失重狀態(tài)，同時碎片運動狀態(tài)測量系統(tǒng)6實時記錄空間碎片8及變軌前軌道9的參數(shù)；
[0041]作用步驟S2，激光系統(tǒng)7作用于空間碎片8上產(chǎn)生等離子體，使空間碎片8的從變軌前軌道9改變?yōu)樽冘壓蟮能壍?0，同時碎片運動狀態(tài)測量系統(tǒng)6實時記錄空間碎片8變軌后軌道10的運動參數(shù)；
[0042]數(shù)據(jù)處理步驟S3，對上述步驟獲得的數(shù)據(jù)處理分析。
[0043]優(yōu)選地，采用懸浮系統(tǒng)3控制空間碎片8在空間模擬真空實驗艙I中處于失重狀態(tài)并在一定的軌道運動。
[0044]優(yōu)選地，采用激光系統(tǒng)7連