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A04 美国国家航空航天局轨道碎片计划办公室和MACS HTV-X3......
Jer-Chyi Liou (NASA) NASA 轨道碎片计划办公室 (ODPO) 是 NASA 总部安全与任务保障办公室 (OSMA) 的一个授权计划。NASA 轨道碎片缓解程序要求 NPR 8715.6E 规定了 ODPO 的角色和职责，包括 (1) 现场以及通过雷达、望远镜和实验室实验收集轨道碎片测量数据，(2) 开发轨道碎片模型和任务支持工具，(3) 评估和记录 NASA 任务是否符合轨道碎片缓解要求，以及 (4) 为美国和国际社会的轨道碎片缓解政策和最佳实践做出贡献。ODPO 的首要任务是表征低地球轨道 (LEO) 中毫米级小型轨道碎片的风险。毫米级轨道碎片对于在 600 至 1000 公里高度运行的航天器而言，是终止任务的最高风险，数百架航天器在此高度运行，但缺乏对环境中如此小碎片的直接测量数据。需要毫米级轨道碎片的直接测量数据来支持制定和实施具有成本效益的防护措施，以确保未来太空任务的安全运行。2018 年美国国家空间交通管理政策、2021 年美国国家轨道碎片研究与发展计划和 2022 年美国国家轨道碎片实施计划也认识到需要解决低地球轨道这一关键数据缺口。自 2020 年代初以来，ODPO 一直在探索各种用于现场测量小型轨道碎片的粒子探测技术。这些努力的成果是与 JAXA 合作研发的多层声学和导电网格传感器 (MACS)。 MACS 结合了几种简单的检测原理，以最大限度地利用从每次碎片检测中提取的信息，从而为对低地球轨道上小型轨道碎片群体的定义进行有意义的改进提供数据。MACS 是一个四层传感系统。第一层是 JAXA 的导电网格薄膜空间碎片监测器 (SDM)，第二层和第三层是相同的 Kapton 薄膜，最后一层是低密度合成泡沫板。每层都连接了多个声学传感器，以测量撞击时间和位置。泡沫板上的声学传感器也用于测量撞击动能。所有四层数据的组合提供了有关每个撞击轨道碎片颗粒的大小、质量、密度、撞击时间、速度和方向的信息。自 2017 年以来，ODPO 已与 JAXA 建立了多项代理协议，以开发、测试和优化 MACS 的设计。2022 年确定了在未来的 HTV-X 飞行中对 MACS 进行技术演示的机会，并于 2023 年确认。MACS HTV-X3 技术演示任务由 OSMA、NASA 科学任务理事会赞助，以及国际空间站 (ISS) 计划。HTV-X3 离开国际空间站后的技术演示阶段的任务概况尚未最终确定，但 HTV-X3 可能达到 500 公里的最大高度，持续时间长达 18 个月。HTV-X3 演示为充分完善 MACS 技术准备水平并展示其小碎片探测能力提供了绝佳机会，这将为 ODPO 在不久的将来开展一项任务以解决 600 公里高度以上关键的毫米级轨道碎片数据缺口铺平道路。
IG-20-022
在低地球轨道（LEO）中存在数百万块轨道碎片，至少是垒球或更大的大小，可能会破坏卫星在撞击时；超过500,000大理石的大小足够大，可以损坏航天器或卫星；超过1亿颗盐的大小，可以穿刺太空服。此外，轨道碎片的日益增长会威胁到日常生活中使用的重要空间应用的损失，例如天气预报，电信和依赖稳定空间环境的全球定位系统。在NASA，由安全和任务保证办公室资助的轨道碎片计划办公室（ODPO）占据了国家和国际负责人的碎片环境测量以及制定采取缓解措施的技术共识。在NASA，由安全和任务保证办公室资助的轨道碎片计划办公室（ODPO）占据了国家和国际负责人的碎片环境测量以及制定采取缓解措施的技术共识。
NASA轨道碎片计划办公室的亮点原位和实验室测量
NASA的轨道碎片计划办公室（ODPO）维护了各种返回的航天器材料，能力和设施，用于原位和实验室测量，这些材料和实验室测量直接支持轨道碎片（OD）环境模型。原位测量值包括对暴露和返回的硬件表面的分析。这些表面是地面雷达和光学传感器敏感性下方的小型微度（MM）和OD（MMOD）通量的被动传感器。各种仪器和技术用于确定所选影响特征的大小和深度，如果可行的话，则使用弹丸材料的组成。对撞击子残基的分析可以使MM和OD在1 mm以下的MM和OD分化，以支持建模OD环境。此外，根据化学分析，可以在低，中，中，高密度撞击器中进一步区分被鉴定为OD的弹丸。除了现场测量外，ODPO还与美国太空太空系统司令部（以前是美国空军空间和导弹系统中心），航空航天公司和佛罗里达州的美国太空太空系统司令部合作，在2014年空军阿诺德工程工程开发复杂的基于实验室的超速影响测试，DEBRISAT。正在分析此影响测试系列的结果数据，以评估碎片的大小/质量，材料/密度，形状和其他感兴趣的参数。使用现代，低地球轨道航天器的模拟轨道破裂更新NASA的分手模型和尺寸估计模型所需的数据。最终，该冲击测试的200,000多个片段将存储在NASA Johnson航天中心，并由ODPO进一步分析。该项目还将使用机器学习技术来推断影响实验中使用的软泡沫中嵌入的片段的物理参数。应用于泡沫面板的X射线图像，这些技术有望最大程度地减少人类在循环过程中的碎片提取和物理表征。将介绍该项目和收集的数据的简要概述。
美国宇航局太阳物理部门的 OD-SSA 活动
1. 美国国家背景和太阳物理部门的职责 在过去几年中，美国白宫科技政策办公室一直在制定美国国家轨道碎片战略，该战略已编入《国家轨道碎片实施计划》，于 2022 年 7 月发布。该计划涵盖三个领域：1. 碎片减缓 2. 碎片的跟踪和表征 3. 碎片的修复 虽然 NASA 已经确定了涵盖所有这三个领域的职责，但“碎片的跟踪和表征”下的几个项目现在属于 NASA 科学任务理事会太阳物理部门的职权范围。在广泛的组织层面，NASA 已将小型轨道碎片问题确定为机构风险，并分为三个单独的风险： - 空间可持续性：轨道碎片风险 - 空间可持续性：干扰 NASA 运营风险 - 空间可持续性：空间交通管理风险 为了解决和帮助减轻这些风险，NASA 的科学任务理事会 (SMD) 指示太阳物理部 (HPD)： • 开发和部署空间仪器及其他调查，以更好地限制 500 至 1000 公里高度范围内的微碎片环境； • 开发和部署空间仪器及其他调查，以便更好地预测导致轨道碎片在地球大气层中损失的自然过程；以及 • 努力将这些测量结果整合到 NASA 开展的轨道碎片活动中，特别是 NASA 约翰逊基地的轨道碎片项目办公室，并改进空间天气预报。 HPD 已与 NASA 的轨道碎片计划办公室 (ODPO) 合作，帮助解决对小型 (<3 厘米) 轨道碎片群体了解不足的问题。ODPO 是 NASA 轨道碎片工程模型 (ORDEM 3.2) 的管理者，小型 OD 群体的特征最不明显，导致模型中的不确定性最大，是航天器设计中的一个重要成本驱动因素。我们对这些致命不可追踪 (LNT) 物体的缺乏了解，目前对 NASA 在低地球轨道 (LEO) 的运行任务构成了最大威胁，当然也扩展到所有在 LEO 上活动的航天器。如果不了解环境 (SSA)，就无法完全了解 OD，如果不描述碎片群体及其影响，就无法完全了解运行环境 (SSA)。所有这些最好通过利用 HPD 的相关专业知识来完成。小型自然和人造空间物体（轨道碎片 [OD}、微陨石、尘埃）与传统空间天气一起被视为构成空间工作环境 (SWE)，并且是 HPD 空间天气计划的一部分。
在轨卫星碎片史，第 16 版
自第 15 版（信息截止日期为 2018 年 7 月 4 日，发布于 2018 年 11 月）以来，已（新发现或已发现）发现 26 起在轨解体和 9 起异常事件，历史共发生 268 起碎裂和 87 起异常事件。这些活动加上发射活动，导致自 2018 年 7 月 4 日起编目的空间物体数量增加了约 21%，其中包括在轨物体和衰变物体，或在轨物体增加了 34%。2009 年 2 月 10 日，两艘完整的航天器铱 33 号和宇宙 2251 号首次意外碰撞，以及 2007 年 1 月 11 日（FY-1C）航天器的故意毁坏，继续对在轨碎片环境产生重大影响。截至撰写本文时，对这三个碎片云的编目仍在继续，直到雷达截面 (RCS) 达到极限。由于最近发生的两次故意碰撞，即 2019 年 3 月 27 日的印度 Microsat-R 反卫星 (ASAT) 试验事件和 2021 年 11 月 15 日的俄罗斯 Cosmos 1408 ASAT 试验，以及持续发生的有效载荷和上级碎片，已编入目录的碎片有所增加。当前作者承认本文前几版作者的重大贡献。此外，美国太空部队和第 18 太空防御中队人员的协助对本工作至关重要。作者将本版献给尼古拉斯·约翰逊先生，他是前几版的主要作者，前 ODPO 首席科学家、同事、导师和朋友。