激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)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(dòng)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。空間碎片分布廣泛，數(shù)量龐大，已被編目的1cm以上的空間碎片約2萬個(gè)，厘米量級(jí)甚至更小空間碎片的數(shù)量則多達(dá)數(shù)千萬。空間碎片的存在嚴(yán)重威脅著在軌運(yùn)行航天器的安全，同時(shí)空間碎片的不斷產(chǎn)生也對(duì)有限的軌道資源也構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。目前，激光是公認(rèn)的探測(cè)、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(jī)理與效果，需要在地面開展模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)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(cè)量方法主要是基于扭擺的微沖量測(cè)量系統(tǒng)，將空間碎片固定在測(cè)量系統(tǒng)上，通過扭擺機(jī)構(gòu)和激光干涉測(cè)量機(jī)構(gòu)獲得空間碎片的受力情況。為保證測(cè)量精度，每次實(shí)驗(yàn)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(cè)量單個(gè)激光脈沖的作用結(jié)果，無法獲得實(shí)際情況下多個(gè)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(cè)量系統(tǒng)上，只能測(cè)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(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)量裝置，使其能測(cè)量多個(gè)脈沖連續(xù)照射空間碎片上的作用結(jié)果，且可以測(cè)量空間碎片可能沿不同方向的力學(xué)或運(yùn)動(dòng)特征，模擬激光與空間碎片相互作用的過程。
[0005]為了實(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，其包含以下步驟:準(zhǔn)備步驟S 1，將空間碎片8置于空間模擬真空實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)1，使空間碎片8處于真空、冷黑和懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)碎片運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量系統(tǒng)6實(shí)時(shí)記錄空間碎片8的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，同時(shí)觀測(cè)記錄系統(tǒng)6實(shí)時(shí)記錄空間碎片8的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理步驟S3，對(duì)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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0007]前述的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，其中所述觀測(cè)記錄系統(tǒng)6為一臺(tái)或一臺(tái)以上的測(cè)量相機(jī)所述測(cè)量相機(jī)從不同觀測(cè)角度記錄空間碎片8的運(yùn)動(dòng)圖像。
[0008]前述的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，其中所述激光系統(tǒng)7通過空間模擬真空實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，其中所述碎片運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量系統(tǒng)配有的測(cè)量軟件通過目標(biāo)識(shí)別或交會(huì)測(cè)量方法實(shí)時(shí)解算空間碎片8上特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，并根據(jù)觀測(cè)記錄系統(tǒng)標(biāo)定的空間坐標(biāo)系獲得空間碎片8的三維六自由度的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，包括空間模擬真空實(shí)驗(yàn)艙1，所述空間模擬真空實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)艙I的殼體上；碎片運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量系統(tǒng)6，所述碎片運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)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(yùn)動(dòng)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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0013]前述的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，其中所述光學(xué)觀察窗口 4有三個(gè)，分別設(shè)置于空間模擬真空實(shí)驗(yàn)艙I殼體的三個(gè)近似正交面上，從而可以從三個(gè)不同角度上記錄空間碎片8的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0014]前述的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，其中所述觀測(cè)記錄系統(tǒng)包括測(cè)量相機(jī)、相機(jī)支架和標(biāo)定塊，測(cè)量相機(jī)通過空間模擬真空實(shí)驗(yàn)艙I上的支架固定，使其能通過空間模擬真空實(shí)驗(yàn)艙I的光學(xué)觀察窗口 4記錄空間碎片8的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；測(cè)量相機(jī)可通過其自身配置的軟件及標(biāo)定塊建立空間坐標(biāo)系。
[0015]前述的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，其中所述激光系統(tǒng)7包括激光發(fā)生器、隨動(dòng)跟瞄裝置12，所述激光發(fā)生器可通過隨動(dòng)跟瞄裝置12的反射鏡的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)激光入射角度變化，使激光能夠始終覆蓋在處于運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)量裝置，至少具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0018]一、本發(fā)明的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)量裝置，能夠測(cè)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(shí)際過程，通過非接觸測(cè)量方法獲得空間碎片受激光輻照后的三維六自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
[0019]二、本發(fā)明的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)量裝置，可實(shí)現(xiàn)多路激光同時(shí)作用于空間碎片的模擬實(shí)驗(yàn)。
[0020]三、本發(fā)明的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)量裝置，可實(shí)現(xiàn)多路激光多次或連續(xù)作用于空間碎片的模擬實(shí)驗(yàn)。
【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(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置一個(gè)優(yōu)選實(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置一個(gè)優(yōu)選實(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)量裝置激光裝置隨動(dòng)跟目苗原理示意圖。
[0025]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0026]1:空間模擬真空實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)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(yùn)動(dòng)空間
[0037]12:隨動(dòng)跟瞄裝置
【具體實(shí)施方式】
[0038]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)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(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及測(cè)量裝置其【具體實(shí)施方式】、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效詳細(xì)說明。
[0039]請(qǐng)參閱圖1，是本發(fā)明激光與空間碎片相互作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括以下步驟:
[0040]準(zhǔn)備步驟SI，將空間碎片8置于空間模擬真空實(shí)驗(yàn)艙中1，調(diào)控空間模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)碎片運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量系統(tǒng)6實(shí)時(shí)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(shí)碎片運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量系統(tǒng)6實(shí)時(shí)記錄空間碎片8變軌后軌道10的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0042]數(shù)據(jù)處理步驟S3，對(duì)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(shí)驗(yàn)艙I中處于失重狀態(tài)并在一定的軌道運(yùn)動(dòng)。
[0044]優(yōu)選地，采用激光系統(tǒng)7連