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第1章 航天器空间撞击概述1

1.1航天器的种类与特征1

1.1.1航天器的种类1

1.1.2航天器的特征5

1.2航天器空间撞击的类型7

1.2.1航天器间的撞击8

1.2.2航天器与KKV的撞击9

1.2.3航天器与碎片的撞击10

1.3航天器空间撞击分析涉及的主要问题12

1.3.1超高速撞击技术12

1.3.2目标毁伤评估技术17

1.3.3航天器撞击解体模型21

参考文献22

第2章 航天器撞击交会模型27

2.1航天器描述模型27

2.1.1航天器构型分析27

2.1.2航天器等效模型30

2.2 KKV描述模型34

2.2.1 KK V等效模型34

2.2.2 KK V运动模型36

2.3空间碎片描述模型36

2.4弹目交会模型37

2.4.1矩形板交会模型37

2.4.2球体交会模型38

2.4.3长方体交会模型39

2.4.4圆柱体交会模型39

2.4.5射弹撞击角40

参考文献40

第3章 航天器撞击解体模型分析与改进42

3.1几种主要的撞击解体模型42

3.1.1早期模型42

3.1.2 Battelle模型46

3.1.3 NASA模型48

3.2撞击解体模型对比分析52

3.2.1撞击解体模型定性比较52

3.2.2撞击解体模型数值比较55

3.2.3撞击解体模型的建模基础62

3.3守恒定律分析63

3.3.1质量守恒63

3.3.2角动量守恒64

3.3.3能量守恒65

3.4 SCBM模型构建66

3.4.1撞击解体极限66

3.4.2质量分布67

3.4.3碎片质量与特征尺寸/直径关系的再讨论69

3.4.4尺寸分布72

3.4.5面质比分布74

3.4.6速度分布78

3.5 SCBM模型程序实现与案例分析78

3.5.1 SCBM模型算法78

3.5.2 SCBM模型程序开发79

3.5.3 SCBM模型与试验结果比较分析81

参考文献85

第4章 航天器与KKV撞击建模与分析88

4.1射弹撞击毁伤域88

4.1.1毁伤域的定义88

4.1.2毁伤域的求解89

4.1.3毁伤域求解案例91

4.2目标撞击解体域93

4.2.1薄板撞击孔径模型93

4.2.2撞击孔径模型验证96

4.2.3薄板层数求解103

4.3射弹退化模型104

4.3.1侵彻阻力模型104

4.3.2速度退化模型105

4.3.3长度退化模型106

4.4薄板撞击解体机理108

4.4.1碎片平均尺寸108

4.4.2应变率求解模型110

4.5碎片分布模型115

4.5.1指数分布115

4.5.2幂率分布116

4.6撞击试验案例分析118

4.6.1尺寸估计模型118

4.6.2 SIBM模型验证120

参考文献121

第5章 航天器非解体性撞击毁伤分析125

5.1航天器易损性分析125

5.1.1目标毁伤树分析125

5.1.2部件毁伤准则128

5.1.3目标毁伤等效靶129

5.2航天器撞击毁伤模型131

5.2.1 THOR侵彻方程131

5.2.2 THOR方程验证132

5.2.3毁伤概率模型133

5.2.4撞击毁伤案例135

参考文献136

第6章 航天器推进剂撞击爆炸分析138

6.1航天器推进剂撞击模型138

6.1.1航天器推进系统138

6.1.2推进剂贮箱139

6.1.3肼的性质141

6.2推进剂撞击起爆模型142

6.2.1起爆机理分析142

6.2.2冲击起爆判据146

6.2.3判据参数求解147

6.3撞击起爆模型验证153

6.3.1案例分析153

6.3.2 SPID模型数据154

6.3 3 SPH仿真数据154

6.4贮箱爆炸解体模型156

6.4.1当量原理156

6.4.2碎片初速模型157

6.4.3碎片分布模型159

6.5贮箱爆炸模型验证161

6.5.1速率衰减模型161

6.5.2碎片毁伤准则162

6.5.3贮箱爆炸案例162

参考文献164

第7章 空间撞击碎片云特性分析166

7.1空间碎片轨道预报与寿命算法166

7.1.1空间碎片轨道预报166

7.1.2撞击碎片云初始轨道分布特性168

7.1.3地球非球形引力摄动与平均根数法169

7.1.4大气阻力摄动170

7.1.5空间碎片寿命算法170

7.2撞击碎片云的演变过程172

7.2.1球形阶段172

7.2.2椭球形阶段172

7.2.3绳形阶段173

7.2.4螺旋线形阶段173

7.2.5全方位扩散阶段174

7.2.6球壳形阶段174

7.3撞击碎片云留轨特性快速算法175

7.4快速算法的计算案例与验证176

参考文献180

第8章 航天器与空间碎片撞击的风险分析181

8.1空间碎片环境通量模型181

8.2编目空间碎片碰撞预警182

8.2.1空间碎片分类182

8.2.2轨道预报和筛选185

8.2.3轨道预报误差187

8.2.4碰撞判据188

8.2.5碰撞规避189

8.3航天器与编目空间碎片的碰撞概率190

8.3.1基本假设190

8.3.2误差椭球190

8.3.3交会坐标系191

8.3.4计算碰撞概率194

8.4航天器与短期碎片云的碰撞概率198

8.4.1各碰撞概率的关系和计算流程198

8.4.2航天器与单颗碎片的碰撞概率199

8.4.3航天器与碎片云的碰撞概率205

8.4.4轨道误差对计算碰撞概率的影响206

8.4.5航天器与碎片云碰撞的风险区域206

8.4.6仿真算例207

参考文献208

第9章 撞击碎片的环境危害性及其防护分析210

9.1空间碎片超高速撞击毁伤与防护210

9.1.1空间碎片撞击航天器的危害210

9.1.2航天器与超高速空间粒子的相互作用211

9.1.3航天器防护设计212

9.2空间碎片的环境分析215

9.2.1研究对象的界定215

9.2.2空间环境的现状与未来215

9.2.3空间环境的特点221

9.2.4空间环境的参量表征与资源估算222

9.3空间环境的防治策略与措施225

9.3.1防治的指导思想——可持续发展225

9.3.2空间碎片减缓的技术措施226

9.3.3减缓措施的费用分析229

9.3.4空间环境保护的法律研究232

参考文献235

附录A 联合国空间碎片减缓指南239

附录B 航天器撞击解体分析评估软件240