激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术是有关一种激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置，其中包含以下步骤：准备步骤，将空间碎片置于空间模拟真空实验舱内，使空间碎片处于真空、冷黑和悬浮运动状态，同时启动碎片运动状态测量系统；作用步骤，激光单次、多次或持续辐照在空间碎片上，使空间碎片受力后运动状态发生改变，同时由碎片运动状态测量系统实时观测、计算空间碎片的运动状态；数据处理步骤，对上述步骤获得的数据处理分析并输出。本发明专利技术方法和装置能真实反映激光与空间碎片的相互作用过程，测定空间碎片的三维六自由度运动轨迹，反演获得激光与空间碎片相互作用的力学特征。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天
，特别是涉及一种激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置。
技术介绍
空间碎片是伴随着人类航天发射活动而产生的太空垃圾，是地球轨道内(高度约200～36000km)无任何功能和作用的人造物体及其碎片的统称。空间碎片分布广泛，数量庞大，已被编目的10cm以上的空间碎片约2万个，厘米量级甚至更小空间碎片的数量则多达数千万。空间碎片的存在严重威胁着在轨运行航天器的安全，同时空间碎片的不断产生也对有限的轨道资源也构成了严重威胁。目前，激光是公认的探测、清除空间碎片的潜在可行手段，引起了各航天大国的高度关注。为研究激光与空间碎片相互作用的机理与效果，需要在地面开展模拟实验，测量激光与空间碎片相互作用产生的力学特性。现有测量方法主要是基于扭摆的微冲量测量系统，将空间碎片固定在测量系统上，通过扭摆机构和激光干涉测量机构获得空间碎片的受力情况。为保证测量精度，每次实验前必须利用阻尼装置尽可能使空间碎片保持静止，因此只能测量单个激光脉冲的作用结果，无法获得实际情况下多个脉冲连续照射空间碎片上的作用结果，且由于空间碎片固定在测量系统上，只能测量空间碎片沿特定方向的力学特征，无法模拟激光与空间相互作用的实际过程。
技术实现思路
有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本专利技术的目的在于，提供一种激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置，使其能测量多个脉冲连续照射空间碎片上的作用结果，且可以测量空间碎片可能沿不同方向的力学或运动特征，模拟激光与空间碎片相互作用的过程。为了实现上述目的，依据本专利技术提出的一种激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其包含以下步骤：准备步骤S 1，将空间碎片8置于空间模拟真空实验舱内1，使空间碎片8处于真空、冷黑和悬浮运动状态，同时碎片运动状态测量系统6实时记录空间碎片8的运动状态；作用步骤S2，激光系统7间断多次或持续或单次作用于空间碎片8上，使空间碎片8运动状态发生改变，同时观测记录系统6实时记录空间碎片8的运动状态；数据处理步骤S3，对上述步骤获得的数据处理分析并输出。本专利技术还可采用以下技术措施进一步实现。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其中所述观测记录系统6为一台或一台以上的测量相机所述测量相机从不同观测角度记录空间碎片8的运动图像。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其中所述激光系统7通过空间模拟真空实验舱1的激光入射窗口5作用于空间碎片8上。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其中所述激光系统7作用于空间碎片8上为一束或多束不同参数激光作用于空间碎片8上。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其中所述碎片运动状态测量系统配有的测量软件通过目标识别或交会测量方法实时解算空间碎片8上特征点的空间坐标，并根据观测记录系统标定的空间坐标系获得空间碎片8的三维六自由度的运动参数，据此获得激光与空间碎片8相互作用的力学关系。为了实现上述目的，依据本专利技术提出的一种激光与空间碎片相互作用的实验测量装置，包括空间模拟真空实验舱1，所述空间模拟真空实验舱1可模拟外太空真空、冷黑环境，其特征在于还包括以下装置或设备：悬浮系统3，通过磁悬浮或电悬浮形式使空间碎片8处于悬浮失重状态；光学观察窗口4，所述光学观察窗口4设置在空间模拟真空实验舱1的壳体上；激光入射窗口5，所述激光入射窗口5设置在空间模拟真空实验舱1的壳体上；碎片运动状态测量系统6，所述碎片运动状态测量系统6通过光学观察窗口4记录并分析空间碎片8的运动状态；激光系统7，所述激光系统7通过激光入射窗口5作用于空间碎片8上。本专利技术还可采用以下技术措施进一步实现。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量装置，其中所述光学观察窗口4有三个，分别设置于空间模拟真空实验舱1壳体的三个近似正交面上，从而可以从三个不同角度上记录空间碎片8的运动状态。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量装置，其中所述观测记录系统包括测量相机、相机支架和标定块，测量相机通过空间模拟真空实验舱1上的支架固定，使其能通过空间模拟真空实验舱1的光学观察窗口4记录空间碎片8的运动状态；测量相机可通过其自身配置的软件及标定块建立空间坐标系。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量装置，其中所述激光系统7包括激光发生器、随动跟瞄装置12，所述激光发生器可通过随动跟瞄装置12的反射镜的旋转实现激光入射角度变化，使激光能够始终覆盖在处于运动状态的空间碎片8上。前述的激光与空间碎片相互作用的实验测量装置，其中所述激光系统7可产生一束激光或多束不同参数激光，经激光入射窗口5作用于空间碎片8上。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本专利技术的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置，至少具有下列优点：一、本专利技术的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置，能够测量激光与空间碎片相互作用产生的微冲量，并模拟激光作用于空间碎片的实际过程，通过非接触测量方法获得空间碎片受激光辐照后的三维六自由度运动参数。二、本专利技术的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置，可实现多路激光同时作用于空间碎片的模拟实验。三、本专利技术的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置，可实现多路激光多次或连续作用于空间碎片的模拟实验。附图说明图1是本专利技术激光与空间碎片相互作用的实验测量方法优选步骤示意图。图2是本专利技术激光与空间碎片相互作用的实验测量装置一个优选实施例示意图。图3是本专利技术激光与空间碎片相互作用的实验测量装置一个优选实施例原理示意图。图4是本专利技术激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置激光装置随动跟瞄原理示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1：空间模拟真空实验舱2：真空及温度系统3：悬浮系统4：光学观察窗口5：激光入射窗口6：碎片运动状态测量系统7：激光系统8：空间碎片9：变轨前轨道10：变轨后轨道11：运动空间12：随动跟瞄装置具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法及测量装置其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。请参阅图1，是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其特征在于包含以下步骤：准备步骤，将空间碎片置于空间模拟真空实验舱内，使空间碎片处于真空、冷黑和悬浮运动状态，同时启动碎片运动状态测量系统实时记录空间碎片的运动状态；作用步骤，激光单次、多次或连续作用于空间碎片上，使空间碎片受力后运动状态发生改变，同时碎片运动状态测量系统实时记录空间碎片运动过程、计算空间碎片的运动参数；数据处理步骤，对上述步骤获得的数据处理分析并输出获得空间碎片受激光辐照的力学特性及冲量耦合系数等参数。

【技术特征摘要】
1.一种激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其特征在于包含以
下步骤：
准备步骤，将空间碎片置于空间模拟真空实验舱内，使空间碎片处于
真空、冷黑和悬浮运动状态，同时启动碎片运动状态测量系统实时记录空
间碎片的运动状态；
作用步骤，激光单次、多次或连续作用于空间碎片上，使空间碎片受
力后运动状态发生改变，同时碎片运动状态测量系统实时记录空间碎片运
动过程、计算空间碎片的运动参数；
数据处理步骤，对上述步骤获得的数据处理分析并输出获得空间碎片
受激光辐照的力学特性及冲量耦合系数等参数。
2.如权利要求1所述的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其
特征在于所述碎片运动状态测量系统包括一台以上的测量相机、测量软件
及配套计算机，测量相机用于高速拍摄碎片受激光辐照全过程或从不同角
度记录空间碎片的运动图像，测量软件及配套计算机用于高精度解算碎片
的运动参数。
3.如权利要求1所述的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其
特征在于所述脉冲或连续激光系统通过空间模拟真空实验舱的激光入射窗
口作用于空间碎片上。
4.如权利要求1所述的激光与空间碎片相互作用的实验测量方法，其
特征在于所述激光系统可发射一束或多束不同参数激光同时作用于空间碎
片上，激光系统的光源可包括脉冲激光和连续激光。
5.如权利要求1至4任一项所述的激光与空间碎片相互作用的实验测
量方法，其特征在于所述的测量系统配有的碎片运动状态测量系统，通过
配套计算机采用目标识别或交会测量方法实时解算空间碎片上特征点的空
间坐标，并根据观测记录系统标定的空间坐标系获得空间碎片的三维六自
由度运动参数，据此获得激光与空间碎片相互作用的力...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳，钱卫平，戴泽，王鲲鹏，全林，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11