天基激光烧蚀操控空间碎片方法

天基激光烧蚀操控空间碎片方法

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作者: 洪延姬著

出版社: 科学出版社

出版时间: 2020-11

版次: 1

ISBN: 9787030661265

定价: 198.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 225页

分类: 工程技术

《天基激光烧蚀操控空间碎片方法》针对工程中人们对了解和掌握激光烧蚀操控空间碎片技术的迫切需求，紧密围绕撞击危害*大的厘米级空间碎片的轨道操控和尺寸较大的航天器废弃物的姿态操控问题，研究天基激光烧蚀操控空间碎片的方法。
在简要介绍激光烧蚀操控空间碎片技术发展现状的基础上，首先，通过分析描述空间碎片轨道和姿态运动常用的坐标系，研究在地球中心引力场、激光烧蚀力和大气阻力等共同作用下空间碎片的轨道运动分析方法；其次，通过建立激光烧蚀力和力矩计算模型，研究球体、圆柱体、长方体、半球体和圆锥体等典型空间碎片的激光烧蚀力和力矩的分析方法；再次，通过分析空间碎片的激光操控窗口与判据，研究球体、圆柱体和长方体等典型空间碎片的运动轨道的激光操控方法；*后，通过分析激光烧蚀消旋策略，研究薄板、圆柱体和长方体等典型空间碎片的运动姿态的激光操控方法。目录
前言
第1章激光操控空间碎片概述 1
1.1 激光烧蚀空间碎片冲量耦合规律 2
1.1.1 激光能量转化为反喷羽流动能 2
1.1.2 激光烧蚀空间碎片冲量耦合效应 3
1.2 激光操控空间碎片研究 5
1.2.1 地基激光清除空间碎片 5
1.2.2 天基激光清除空间碎片 7
1.2.3 天基激光操控空间碎片 9
参考文献 10
第2章空间碎片的运动轨道分析方法 12
2.1 空间碎片的轨道要素和常用坐标系 12
2.1.1 基本轨道要素 12
2.1.2 常用坐标系 14
2.1.3 坐标系的旋转变换 15
2.1.4 常用坐标系之间旋转变换关系 16
2.2 地球中心引力场中空间碎片椭圆轨道 18
2.2.1 空间碎片的椭圆轨道运动 19
2.2.2 空间碎片的圆轨道运动 20
2.3 激光烧蚀力和大气阻力下空间碎片运动轨道分析方法 21
2.3.1 轨道摄动方程 21
2.3.2 小偏心率下空间碎片轨道摄动方程 22
2.3.3 小偏心率下轨道摄动方程的求解 24
2.4 空间碎片的冲量耦合效应和激光烧蚀力 31
2.4.1 冲量耦合效应 31
2.4.2 冲量耦合系数曲线 32
2.4.3 激光烧蚀力 33
2.5 空间碎片的大气阻力 34
2.5.1 大气阻力 35
2.5.2 大气密度随高度的变化 35
2.5.3 大气阻力与激光烧蚀力比较 36
第3章空间碎片的激光烧蚀力和力矩分析方法 40
3.1 空间碎片的激光操控方式 40
3.1.1 空间碎片的运动 40
3.1.2 基本激光操控方式 41
3.2 空间碎片获得激光烧蚀力和力矩的计算模型 42
3.2.1 单脉冲激光烧蚀冲量和激光烧蚀力计算模型 42
3.2.2 单脉冲激光烧蚀冲量矩和激光烧蚀力矩计算模型 44
3.3 球体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 45
3.4 圆柱体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 47
3.4.1 激光辐照圆柱体侧面情况 47
3.4.2 激光辐照圆柱体底面情况 48
3.4.3 冲量合成与激光烧蚀力 48
3.4.4 体固联坐标系下描述 49
3.4.5 圆盘和圆杆空间碎片的冲量与激光烧蚀力 52
3.5 长方体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 54
3.5.1 激光辐照长方体侧面情况 55
3.5.2 激光辐照长方体底面情况 55
3.5.3 冲量合成与激光烧蚀力 55
3.5.4 体固联坐标系描述 56
3.5.5 立方体和薄板空间碎片的冲量和激光烧蚀力 58
3.6 半球体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 60
3.6.1 激光辐照面分析 60
3.6.2 激光辐照面的投影面分析 61
3.6.3 单脉冲激光烧蚀冲量和冲量矩分析 62
3.6.4 体固联坐标系下激光烧蚀力和力矩 66
3.7 圆锥体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 69
3.7.1 激光辐照面分析 69
3.7.2 激光辐照面的投影面分析 69
3.7.3 单脉冲激光烧蚀冲量和冲量矩分析 71
3.7.4 体固联坐标系下激光烧蚀力和力矩 77
第4章激光操控空间碎片运动轨道的方法 81
4.1 激光烧蚀力作用下空间碎片运动轨道的分析方法 81
4.1.1 激光烧蚀力的作用方式分析 81
4.1.2 有激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 82
4.1.3 无激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 83
4.1.4 轨道摄动方程中相关变量的计算方法 84
4.2 空间碎片激光操控窗口与判据的分析方法 85
4.2.1 激光*大作用距离分析 85
4.2.2 空间碎片在平台前方运动的条件 85
4.2.3 激光*大发射角分析 86
4.2.4 激光操控窗口和判据 86
4.3 球体空间碎片运动轨道的激光操控方法 86
4.3.1 平台的轨道运动分析 87
4.3.2 球体空间碎片的轨道运动分析 88
4.3.3 球体空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 91
4.3.4 基本步骤和流程 93
4.3.5 计算分析 94
4.3.6 小结 107
4.4 圆柱体空间碎片运动轨道的激光操控方法 108
4.4.1 圆柱体空间碎片的初始轨道参数分析 108
4.4.2 圆柱体空间碎片的初始姿态运动分析 109
4.4.3 圆柱体空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 111
4.4.4 圆盘和圆杆空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 114
4.4.5 计算分析 116
4.5 长方体空间碎片运动轨道的激光操控方法 131
4.5.1 长方体空间碎片初始轨道参数分析 132
4.5.2 长方体空间碎片初始姿态运动分析 132
4.5.3 激光辐照方向单位矢量分析 134
4.5.4 激光烧蚀力方向单位矢量分析 135
4.5.5 长方体空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 137
4.5.6 薄板和长条杆空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 138
4.5.7 计算分析 139
4.5.8 小结 159
第5章激光操控空间碎片运动姿态的方法 160
5.1 激光烧蚀力作用下空间碎片运动姿态的分析方法 160
5.1.1 近距离、小光斑、点覆盖激光操控的特点分析 160
5.1.2 空间碎片体固联坐标系 161
5.1.3 空间碎片姿态动力学方程 162
5.1.4 空间碎片姿态运动学方程 163
5.1.5 坐标旋转变换矩阵 163
5.1.6 空间碎片姿态运动分析方法 165
5.1.7 无外力矩作用下空间碎片姿态运动的特点 166
5.2 激光烧蚀力作用下空间碎片运动轨道的分析方法 169
5.2.1 近距离、小光斑、点覆盖下激光烧蚀力和力矩分析 169
5.2.2 有激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 176
5.2.3 无激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 176
5.2.4 激光操控窗口和判据 177
5.3 薄板空间碎片激光操控运动姿态分析方法 177
5.3.1 空间碎片和平台的初始轨道参数 177
5.3.2 空间碎片和平台的位置和速度 178
5.3.3 空间碎片运动姿态分析 179
5.3.4 激光烧蚀力和力矩 181
5.3.5 激光烧蚀消旋策略分析 183
5.3.6 基本步骤和流程 185
5.3.7 计算分析186
5.3.8 小结 194
5.4 圆柱体空间碎片的激光操控运动姿态的方法 194
5.4.1 激光烧蚀力和力矩 194
5.4.2 激光烧蚀消旋策略分析 196
5.4.3 计算分析 200
5.4.4 小结 206
5.5 长方体空间碎片激光操控运动姿态的方法 206
5.5.1 激光烧蚀力和力矩 207
5.5.2 激光烧蚀消旋策略分析 212
5.5.3 计算分析 217
5.5.4 小结 224
内容简介:
《天基激光烧蚀操控空间碎片方法》针对工程中人们对了解和掌握激光烧蚀操控空间碎片技术的迫切需求，紧密围绕撞击危害*大的厘米级空间碎片的轨道操控和尺寸较大的航天器废弃物的姿态操控问题，研究天基激光烧蚀操控空间碎片的方法。
在简要介绍激光烧蚀操控空间碎片技术发展现状的基础上，首先，通过分析描述空间碎片轨道和姿态运动常用的坐标系，研究在地球中心引力场、激光烧蚀力和大气阻力等共同作用下空间碎片的轨道运动分析方法；其次，通过建立激光烧蚀力和力矩计算模型，研究球体、圆柱体、长方体、半球体和圆锥体等典型空间碎片的激光烧蚀力和力矩的分析方法；再次，通过分析空间碎片的激光操控窗口与判据，研究球体、圆柱体和长方体等典型空间碎片的运动轨道的激光操控方法；*后，通过分析激光烧蚀消旋策略，研究薄板、圆柱体和长方体等典型空间碎片的运动姿态的激光操控方法。
目录:
目录
前言
第1章激光操控空间碎片概述 1
1.1 激光烧蚀空间碎片冲量耦合规律 2
1.1.1 激光能量转化为反喷羽流动能 2
1.1.2 激光烧蚀空间碎片冲量耦合效应 3
1.2 激光操控空间碎片研究 5
1.2.1 地基激光清除空间碎片 5
1.2.2 天基激光清除空间碎片 7
1.2.3 天基激光操控空间碎片 9
参考文献 10
第2章空间碎片的运动轨道分析方法 12
2.1 空间碎片的轨道要素和常用坐标系 12
2.1.1 基本轨道要素 12
2.1.2 常用坐标系 14
2.1.3 坐标系的旋转变换 15
2.1.4 常用坐标系之间旋转变换关系 16
2.2 地球中心引力场中空间碎片椭圆轨道 18
2.2.1 空间碎片的椭圆轨道运动 19
2.2.2 空间碎片的圆轨道运动 20
2.3 激光烧蚀力和大气阻力下空间碎片运动轨道分析方法 21
2.3.1 轨道摄动方程 21
2.3.2 小偏心率下空间碎片轨道摄动方程 22
2.3.3 小偏心率下轨道摄动方程的求解 24
2.4 空间碎片的冲量耦合效应和激光烧蚀力 31
2.4.1 冲量耦合效应 31
2.4.2 冲量耦合系数曲线 32
2.4.3 激光烧蚀力 33
2.5 空间碎片的大气阻力 34
2.5.1 大气阻力 35
2.5.2 大气密度随高度的变化 35
2.5.3 大气阻力与激光烧蚀力比较 36
第3章空间碎片的激光烧蚀力和力矩分析方法 40
3.1 空间碎片的激光操控方式 40
3.1.1 空间碎片的运动 40
3.1.2 基本激光操控方式 41
3.2 空间碎片获得激光烧蚀力和力矩的计算模型 42
3.2.1 单脉冲激光烧蚀冲量和激光烧蚀力计算模型 42
3.2.2 单脉冲激光烧蚀冲量矩和激光烧蚀力矩计算模型 44
3.3 球体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 45
3.4 圆柱体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 47
3.4.1 激光辐照圆柱体侧面情况 47
3.4.2 激光辐照圆柱体底面情况 48
3.4.3 冲量合成与激光烧蚀力 48
3.4.4 体固联坐标系下描述 49
3.4.5 圆盘和圆杆空间碎片的冲量与激光烧蚀力 52
3.5 长方体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 54
3.5.1 激光辐照长方体侧面情况 55
3.5.2 激光辐照长方体底面情况 55
3.5.3 冲量合成与激光烧蚀力 55
3.5.4 体固联坐标系描述 56
3.5.5 立方体和薄板空间碎片的冲量和激光烧蚀力 58
3.6 半球体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 60
3.6.1 激光辐照面分析 60
3.6.2 激光辐照面的投影面分析 61
3.6.3 单脉冲激光烧蚀冲量和冲量矩分析 62
3.6.4 体固联坐标系下激光烧蚀力和力矩 66
3.7 圆锥体空间碎片的冲量与激光烧蚀力 69
3.7.1 激光辐照面分析 69
3.7.2 激光辐照面的投影面分析 69
3.7.3 单脉冲激光烧蚀冲量和冲量矩分析 71
3.7.4 体固联坐标系下激光烧蚀力和力矩 77
第4章激光操控空间碎片运动轨道的方法 81
4.1 激光烧蚀力作用下空间碎片运动轨道的分析方法 81
4.1.1 激光烧蚀力的作用方式分析 81
4.1.2 有激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 82
4.1.3 无激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 83
4.1.4 轨道摄动方程中相关变量的计算方法 84
4.2 空间碎片激光操控窗口与判据的分析方法 85
4.2.1 激光*大作用距离分析 85
4.2.2 空间碎片在平台前方运动的条件 85
4.2.3 激光*大发射角分析 86
4.2.4 激光操控窗口和判据 86
4.3 球体空间碎片运动轨道的激光操控方法 86
4.3.1 平台的轨道运动分析 87
4.3.2 球体空间碎片的轨道运动分析 88
4.3.3 球体空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 91
4.3.4 基本步骤和流程 93
4.3.5 计算分析 94
4.3.6 小结 107
4.4 圆柱体空间碎片运动轨道的激光操控方法 108
4.4.1 圆柱体空间碎片的初始轨道参数分析 108
4.4.2 圆柱体空间碎片的初始姿态运动分析 109
4.4.3 圆柱体空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 111
4.4.4 圆盘和圆杆空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 114
4.4.5 计算分析 116
4.5 长方体空间碎片运动轨道的激光操控方法 131
4.5.1 长方体空间碎片初始轨道参数分析 132
4.5.2 长方体空间碎片初始姿态运动分析 132
4.5.3 激光辐照方向单位矢量分析 134
4.5.4 激光烧蚀力方向单位矢量分析 135
4.5.5 长方体空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 137
4.5.6 薄板和长条杆空间碎片单位质量的激光烧蚀力分析 138
4.5.7 计算分析 139
4.5.8 小结 159
第5章激光操控空间碎片运动姿态的方法 160
5.1 激光烧蚀力作用下空间碎片运动姿态的分析方法 160
5.1.1 近距离、小光斑、点覆盖激光操控的特点分析 160
5.1.2 空间碎片体固联坐标系 161
5.1.3 空间碎片姿态动力学方程 162
5.1.4 空间碎片姿态运动学方程 163
5.1.5 坐标旋转变换矩阵 163
5.1.6 空间碎片姿态运动分析方法 165
5.1.7 无外力矩作用下空间碎片姿态运动的特点 166
5.2 激光烧蚀力作用下空间碎片运动轨道的分析方法 169
5.2.1 近距离、小光斑、点覆盖下激光烧蚀力和力矩分析 169
5.2.2 有激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 176
5.2.3 无激光烧蚀力时空间碎片运动轨道的分析方法 176
5.2.4 激光操控窗口和判据 177
5.3 薄板空间碎片激光操控运动姿态分析方法 177
5.3.1 空间碎片和平台的初始轨道参数 177
5.3.2 空间碎片和平台的位置和速度 178
5.3.3 空间碎片运动姿态分析 179
5.3.4 激光烧蚀力和力矩 181
5.3.5 激光烧蚀消旋策略分析 183
5.3.6 基本步骤和流程 185
5.3.7 计算分析186
5.3.8 小结 194
5.4 圆柱体空间碎片的激光操控运动姿态的方法 194
5.4.1 激光烧蚀力和力矩 194
5.4.2 激光烧蚀消旋策略分析 196
5.4.3 计算分析 200
5.4.4 小结 206
5.5 长方体空间碎片激光操控运动姿态的方法 206
5.5.1 激光烧蚀力和力矩 207
5.5.2 激光烧蚀消旋策略分析 212
5.5.3 计算分析 217
5.5.4 小结 224

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