空间碎片行动计划近期工作设想及今后工作展望

一、前言

随着航天事业的发展，空间碎片与日俱增，已经构成了制约因素。空间碎片的探测、描述、防护和减缓工作都是十分艰巨的。国外从上世纪70年代末开始关注空间碎片以来，在载人航天和卫星应用的推动下，已经花费了大量的人力物力，做了大量的工作，取得了一定的成绩。但前面的路还很长：虽然通过减缓努力，空间碎片增长的速度有所放缓，但数量仍在继续增加；由于探测数据不足，空间碎片模式的精确度还有待提高；危险空间碎片的探测方法尚未解决；数据库还不完整；航天器的防护方法还在摸索之中；空间碎片轨道预测精度还不够高，使得空间碎片规避的不确定性问题还不能从根本上解决。凡此种种，在今后相当长的时间里，还需要人们付出更大的努力。

近3年来，在国防科工委的领导和组织下，我国空间碎片行动计划得以顺利实施。其间，我国比较全面地开展了空间碎片研究工作，取得了一批成果，对空间碎片研究的现状和特点有了进一步的认识。同时也必须看到，作为发展中国家，我们不可能百废俱兴，全面出击，必须有重点地组织研究工作；也不可能事事从头做起，必须在国内外已有工作的基础上，洋为中用，迎头赶上。更重要的是，要把“需求牵引”放在首位，力争使研究成果在航天工程中发挥作用。

二、近期研究工作主线

1、防护设计专家系统

小空间碎片对航天器造成的损伤是无法避免的。由于其数量庞大，在可预见的将来还没有条件逐一进行测量和编目，唯一的办法是提高航天器抗撞击的能力。而盲目提高防护能力，又势必造成航天器重量不必要的增加，从而增加成本。因此正确地估计小空间碎片的威胁，恰当地进行防护，做到既保证安全，又最大限度地降低航天器造价，提高其效益，是小空间碎片被动防护工作的目的。

本项目的目标是将目前分散的研究成果，集成为一个完整的、方便航天设计人员应用的空间碎片防护设计专家系统，并充分发挥计算机的优势，以集成软件包的形式实现。

2、高速撞击特性获取方法研究

高速撞击特性是空间碎片防护工作的研究重点和核心。在收集、应用国外撞击特性研究成果的同时，当务之急是以现有设备和软件为基础，以典型试件的撞击特性为切入点，开展高速撞击特性获取方法的研究，建立完整的、包括地面模拟实验和计算机仿真的实验规程，通过和国际标准试件实验结果的比对，对实验设备和方法进行校核，为系统开展撞击特性研究准备条件。

3、可跟踪空间碎片碰撞预警专家系统

可跟踪空间碎片的主动防护，就是建立一个能使航天器避免与可跟踪空间碎片碰撞的警报系统，一旦有可能发生碰撞时，提前发出警报，采取机动规避措施，避免碰撞的发生。它在载人航天、大型应用卫星和卫星星座等方面的需求强烈，在军事上亦有广泛的应用前景。从长远来看，它是空间交通管理的基础。近期目标为建成能对在轨运行和即将发射的航天器可能发生的碰撞事件发出警报，描述碰撞关系，并提出避撞措施建议的系统。研究内容如图2所示。

4、减缓

空间碎片的减缓工作是现阶段研究工作的重点，所包括的研究内容有：(1)运载工具和卫星的钝化。要在减少空间碎片产生的同时，关注钝化可能对卫星造成的污染。(2)卫星工作寿命结束后离开工作轨道的方案和措施以及相应的对卫星剩余工作寿命的预测方法。(3)我国航天器解体的监测。这是我国急需解决的关键问题之一，现有设备能力与需求之间有较大差距。(4)自主发展或优选国外的演化模式，以检验减缓措施的有效性。(5)制定减缓标准。

三、空间碎片环境预测

空间碎片环境今后的发展前景，可以由演化模式进行定量的计算。通过分析空间碎片来源，也可以从总体上了解其发展趋势。

1、遗弃的航天器

遗弃的航天器始终是大空间碎片的主要来源。随着航天事业的发展，这类空间碎片将不可避免地与日俱增，并且会长期持续下去。它们大多是可编目的空间碎片。从今后的发展趋势来看，在相同轨道面上运行的小卫星星座会带来局部区域空间碎片密度的大幅度增加，构成严重的威胁。

2、解体碎片

解体碎片可分为有意解体和无意解体两类。历史上的有意解体是反卫星试验和导弹拦截试验造成的。今后，这类试验在和平时期会受到限制，所以这类碎片的数量不会大量增加。但在战争时期，空间武器的使用会使这类碎片大量增加，甚至发展到无法控制的程度。它的增长是无法预料的。无意解体事件将随着所采取的减缓措施越来越多和越来越有效而受到控制。

3、固体火箭喷射物

除非固体火箭技术得到改进，不再添加铝粉作为助燃剂，它的喷射物将不断增加。这类喷射物的增长速率和航天活动的规模直接有关。

4、冷凝剂

据称，俄罗斯已停止使用会泄漏这种冷凝剂的核动力装置。预计这类碎片数量不会再增加。

5、表面剥落和撞击碎片

这类空间碎片也是不可避免的，并可能继续增加，但似乎不会出现“雪崩”式的爆发性增长。

由上述分析可以看到，尽管我们采取了各种措施减缓空间碎片的产生，但除非人们停止航天活动，空间碎片的增加是无法避免的。因此，空间碎片的研究也势必长期继续下去。

四、需求分析

1、应用卫星防护的需求

在空间运行的应用卫星日益增多。特别是在太阳同步轨道、地球同步轨道以及一些卫星星座所在的轨道区域，空间碎片的密度将会有较大的增加，所以应用卫星的防护依然重要。而且随着对空间碎片认识的不断深入，应用卫星的防护需求也会更为强劲。

2、载人航天的需求

载人航天始终是空间碎片研究的主要服务对象。我国的载人航天计划已经拉开序幕，空间碎片行动计划的研究成果已经在神舟计划中得到了应用。今后应该从空间碎片的防护设计和规避(包括在轨飞行期间的规避和发射窗口的选择)两个方面为载人航天活动提供服务。

3、陨落期预报的需求

迄今为止，因大型航天器陨落造成重大损失的事例还不多，但威胁始终存在。只要有大型航天器陨落，就必然需要预报其陨落时间和地点。这仍然是人们关注的焦点之一。

4、军事需求

空间碎片和军事的关系千丝万缕。现代战争中的空间目标识别、空间监视、反导、动能武器和反卫星武器等一系列军事任务和装备都和空间碎片有关，是空间碎片研究非常重要的推动力。从长远来看，我国建立独立自主的空间物体监视系统尽管难度很大，投资规模也很大，但是势在必行，只是建设的早晚与时机问题。

5、空间交通管理的需求

由于在空间工作的航天器数量越来越多，使空间变得越来越拥挤，正在工作中的航天器之间发生碰撞的可能性也越来越大，空间交通管理必定会提上日程。

五、今后工作展望

1、探测方面需要开展的工作

(1)空间碎片地基探测发展战略研究，包括探测需求分析，系统方案(设备和布局)的制定和优化，利用现有数据库进行探测效果仿真等。

(2)空间碎片天基探测发展战略研究，包括探测需求分析，系统方案(设备、轨道选择和布局)的制订和优化，利用现有数据库进行探测效果仿真等。

(3)天基直接探测发展战略研究，包括探测需求分析，系统方案(设备、重点探测区域、轨道选择和布局)的制订和优化，新探测方法，利用现有模式进行探测效果仿真等。

2、环境数据库方面需要开展的工作

(1)大空间碎片数据库的充实、运行和维护。

(2)重点区域工程模式可行性研究。

(3)自主编制撞击概率计算软件。

3、防护方面需要开展的工作

(1)高速撞击特性研究和特性数据库建设。

(2)微小空间碎片撞击累计效应研究。

(3)航天器防护设计指南。

(4)空间碎片轨道高精度预测方法研究。

(5)轨道预测误差导致的碰撞概率研究。

(6)空间交通管理概念研究。

(7)空间碎片云动力学研究。

4、减缓方面需要开展的工作

(1)卫星剩余工作寿命预测方法研究。

(2)离轨技术研究。

(3)弃星轨道对空间碎片分布影响的研究。

5、空间碎片军事应用概念研究□

第四届中国国际国防电子展会简介

由总装备部、国防科学技术委员会、信息产业部、中国电子信息产业集团支持，中国电子进出口总公司、北京鑫隆电子新技术公司主办，中国电子国际展览广告有限责任公司承办的第四届中国国际国防电子展览会将于2004年5月25～28日在北京展览馆举行。该展定期举办，每两年一届。

第四届中国国际国防电子展览会预计展出面积10000平方米，展览范围：通信电子、信息系统、指挥与控制系统、计算机信息系统安全产品、军用电子元器件、航空电子、空中交通管制系统、火控系统、雷达系统、电子战设备、电子支援/情报/侦察系统、视景系统、激光及光电子产品、军用电源、相关仪器及测试设备、安防产品及装备等。

本届中国国际国防电子展览会是继2002年成功举办之后，又一次展示国际国防电子工业的最新趋势和我国民族工业在这方面发展成就的盛会。它将为促进国际国防电子技术的交流与合作，进一步展示我国国防电子的发展水平，提供又一个良好的机会。展览会期间还将举办相关的技术讲座。

展会网址：