慕尼黑轨道验证实验 (MOVE) 是一个立方体卫星学生项目,由慕尼黑工业大学火箭和太空飞行科学工作组负责。MOVE-III 是正在开发的第四颗立方体卫星,也是 MOVE 项目的第一个 6U 任务,将在轨道上搭载专门的科学有效载荷。该任务旨在获取低地球轨道亚毫米空间碎片和流星体的现场观测数据,目的是汇编一套通量数据集,以及物体质量和速度测量数据,可用于验证空间碎片模型的小物体估计值,并支持与空间环境特性相关的进一步研究。MOVE-III 立方体卫星采用 MOVE-BEYOND 平台,计划搭载三个碎片密度检索和分析 (DEDRA) 等离子体电离传感器。初步设计评审已于 2022 年初完成,下一个里程碑是关键设计评审,计划于 2023 年完成。本文阐述了任务的科学目标和预期的数据产品,概述了探测器的工作原理,并介绍了整个系统架构、平台配置和子系统交互。此外,还讨论了任务碎片减缓方面的考虑因素。
1. 简介 地球轨道上的太空活动会产生天然流星体和空间碎片。流星体是由彗星和小行星产生的。流星体绕太阳运行,迅速经过地球并离开地球附近,导致流星体与航天器相撞的流量(每年每单位面积撞击物体的数量)相当连续。流星体对航天器的危害很小,因为它们主要是小颗粒。空间碎片由人造物体组成,现在和未来几年都无法发挥有用的作用。这些空间碎片包括非运行卫星、火箭上面级、因意外或故意碰撞和爆炸而解体产生的碎片、火箭尾气中的铝颗粒等。空间碎片绕地球运行并保持在轨道上,直到大气阻力和其他扰动力最终导致其轨道衰减到大气层中。由于大气阻力随着高度的增加而减小,大约 600 公里以上轨道上的大型碎片可以在轨道上停留数十年、数千年甚至数百万年。 (1)近年来,随着航天事业的进步,空间垃圾问题日益凸显。
背景信息:(来自NASA)太空行走上的宇航员很可能会遇到称为Meteoroids的快速移动颗粒。一个流星通常是由岩石和/或金属组成的小行星的碎片。它可以很大,质量为数百吨,也可以很小 - 一种微度素,它是小于沙粒的粒子。微型度量通常是彗星的碎片。每天,地球的大气都被数百万的流星和微型度量击中。大多数人永远不会到达表面,因为它们是由于穿过大气的摩擦而产生的强热。很少有一个流星体足够大,可以通过大气中的下降生存并到达固体地球。如果这样做,则称为陨石。
• 空间态势感知(SSA)是“对空间环境的理解、知识、特性描述和持续感知:人造空间物体,包括航天器、火箭体、任务相关物体和碎片;小行星(包括近地天体或 NEO)、彗星和流星体等自然物体,空间天气的影响,包括太阳活动和辐射 [3];以及由于意外或故意重返大气层、在轨爆炸和释放事件、在轨碰撞、射频干扰以及可能扰乱任务和服务的事件而对太空、地面和空域的人员和财产造成的潜在风险。
近地空间环境从地球表面一直延伸到弓形激波,弓形激波是磁层的外边界。在这个环境中,有不同的重叠区域:由中性分子和原子组成的大气层;电离层,大气中的气体被电离;等离子层,气体完全电离并被困在地球磁场中;以及辐射带,其中包含高能电子和质子。这些区域受到地球磁场的影响,而这种磁场占主导地位的区域称为磁层。磁层内有不同种类的粒子、不同的电流以及各种复杂的等离子体和电磁波。此外,环境中还包含我们太阳系中的尘埃和流星体,以及我们直接负责的航天器和轨道碎片。
流星体以外的物体撞击地球可能十分严重,减少这种威胁的压力将越来越大。欧洲航天局于 1986 年成立了一个太空垃圾工作组,不久将发布一份报告。据估计,70% 的碎片来自军事爆炸,而这些爆炸现已被禁止。北美防空司令部 (NORAD) 跟踪了 7,000 多个大于 10 厘米的物体。海军空间监视中心 (Dr. SH Knowles, Dahlgren, VA, USA) 为平民和天文学家提供了目录。由于相互碰撞,碎片的数量不断增加,如果不采取任何措施,50 年后可能会达到临界密度。由于成本原因,通过回收来清理小碎片现在被认为是不现实的。短期解决方案,例如将过时的卫星推进到“dis-discount”轨道,
流星通常在光学范围内观察到一系列视觉(380÷750 nm)。流星是由于流星从太空侵袭了地球大气的结果。一个子流星是岩石或粒子,直径为30 mn至1米。流星自身的无线电排放非常小,在本报告中不会考虑。当出现流星时,大气中电子的密度增加,高频的无线电波反射。无线电波的总范围具有高达300 GHz至30 Hz(λ:10 mm÷10,000 km,f = c/λ)的频率F。无线电流星技术使用了该公共范围的频率的一小部分。同时,需要一个主动的无线电源来进行流星测量。
航空航天环境是 RSESS 重点领域的核心课程,旨在向您介绍近地空间环境及其对航天器、通信系统、宇航员等的影响。从事空间技术或应用的航空航天工程师需要对环境有广泛的了解,以便适当地设计他们的航天器。但更一般地说,任何对太空充满热情的人都会对了解太空环境的不同区域、它们如何相互耦合和影响以及它们如何影响我们的日常生活感兴趣。我们将“近地”空间环境定义为受太阳影响的环绕地球的空间区域,也是我们大多数卫星运行的地方。因此,本课程重点介绍环绕地球的空间环境——不要指望了解太阳系、星系、行星际空间等。但是,我们将研究其他行星周围的环境,以便与地球进行比较,例如“近木星”空间环境。近地空间环境从地球表面一直延伸到弓形激波,弓形激波是磁层的外边界。在这个环境中,有不同的重叠区域:由中性分子和原子组成的大气层;电离层,大气中的气体被电离;等离子层,气体完全电离并被困在地球磁场中;以及辐射带,其中包含高能电子和质子。这些区域受到地球磁场的影响,而该磁场占主导地位的区域称为磁层。磁层内有不同种类的粒子、不同的电流以及各种复杂的等离子体和电磁波。此外,环境中还包含我们太阳系中的尘埃和流星体,以及我们直接负责的航天器和轨道碎片。在本课程中,我们将了解每个区域、它们存在的原因以及它们对航天器、宇航员和社会各个方面产生的积极和消极影响。它们对航天器和宇航员有电和辐射影响;对 GPS 和其他航天器的通信信号有影响;磁场扰动对地面有影响;尘埃和流星体对航天器有影响;等等。本课程分为多个模块,涵盖太空环境的每个区域,每个模块大约持续两周。在每个模块中,将阅读指定