摘要
伴随着航天技术井喷式发展和太空力量的迅猛推进,人类在太空的活动越来越频繁,期间
产生了数量庞大的空间碎片,严重威胁了在轨航天器与航天员的安全。为应对空间碎片带
来的潜在危险,快速观测空间碎片状态,获取尺寸、外形、运动状态等特征信息尤为重
要。本文对现有的天基空间碎片观测系统及其技术手段进行了归纳与总结,并提出若干发
展建议,探究天基空间碎片观测手段的发展趋势,为构建未来天基空间碎片的观测系统提
供参考。
Abstract
With the explosive development of aerospace technology and the rapid advancement in
space power, space activities have become increasingly frequent. As a result, a huge
amount of space debris is generated, which seriously threatens the safety of on-orbit
spacecraft and astronauts. Considering the potential danger brought by space debris, it is
particularly important to quickly observe the state of space debris and obtain
characteristic information such as size, shape, and motion states. This paper
summarizes the existing space-based space-debris observation systems and their
technical means and puts forward some development suggestions to explore the
development trends of space-based space-debris observation means and provide a
reference for the construction of future space-based space-debris observation systems.
1 引言
随着 21 世纪航天技术的急速发展,空间碎片数量与日俱增,严重地威胁着在轨运行航天
器以及航天员的安全
[1]
。目前尺寸超过 10 cm 的空间碎片在轨数量超过 3 万块,尺寸为
1~10 cm 的碎片超过 90 万块,尺寸小于 1 cm 的碎片超过 1 亿块
[2]
。根据凯斯勒综合征
(Kessler Syndrome)的定义,碎片撞击极有可能引发连锁反应,产生数量更加庞大、体
积更加微小的空间碎片
[3]
。空间碎片通常包含失效航天器、火箭体、破裂碎片等
[4-5]
。
空间碎片观测是指对空间碎片的位置、形状、尺寸、运动状态等信息进行获取,是空间碎
片的预警、规避和清除中必不可少的环节,对保障空间安全有着重要的意义。目前碎片观
测主要依赖于地基系统。地基空间碎片观测系统主要采用主动探测雷达和光学望远镜等手
段进行监测,也是目前美国等发达国家的发展重点。受地球大气(包括大气衍射效应和大
气湍流效应)的影响,地基光学观测手段遇到天然的技术瓶颈
[6-8]
。
与地基系统相比,天基空间碎片观测不受地域与气候环境的限制,机动灵活,且可近距离
观测,是未来碎片观测体系发展的一个重要方向
[9]
。本文对现有国内外的天基碎片观测系
统及技术手段进行梳理与归纳,并对未来的天基空间碎片观测系统的发展提出若干建议。