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基于激光系统使小型轨道碎片脱离轨道
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基于 Bricard 机制的吞噬夹持器用于清除空间碎片
摘要 轨道碎片由太空中废弃的人造物体组成，对关键的空间基础设施造成严重的运行风险。轨道碎片的存在会导致航天器运行成本增加，因为需要采取额外的努力，例如提高卫星轨道或增加屏蔽或其他方法，以保护重要的太空资产免受即将发生的碎片碰撞。其中一些碎片是由于宇航员在空间站进行维护操作时掉落工具而产生的。根据物体在掉落前所受的力/速度条件，它们可能会被转移到不同的轨道或进入地球大气层。这些物品的丢失可能会造成不利影响，因为它不仅会产生不必要的碎片，还会将关键的维护操作延迟到下一次补给任务的到来。本文旨在探索使用吞噬机制作为空间站机械臂末端执行器的可行性，以便在未来的空间站工作中回收此类丢失物品。重点介绍吞噬末端执行器机制的设计，使用 Bricard 机制作为基础单元。夹持器设计为使用单个旋转致动器来驱动，以完全吞噬碎片。本文还介绍了吞噬夹持器的实现方面，并将其用于地面碎片捕获实验/演示。
端到端卫星服务和空间碎片管理
在更高的低地球轨道上，对用于全球定位、遥感和中继通信的卫星群和卫星星座的需求日益增长。这将导致许多过时、受损和废弃的卫星将在轨道上停留 25 年后。这些废弃的卫星和空间碎片可能是具有经济价值的轨道空间和资源，可以重新使用、修复或升级以供将来使用。空间交通管理对于修复受损卫星、将卫星转移到仓库轨道以及有效地使无法修复和打捞的卫星和空间碎片脱离轨道至关重要。当前在轨捕获、服务和维修的方法需要一颗大型服务卫星。然而，通过接触废弃的卫星和空间碎片，服务航天器本身存在损坏的风险。派遣多个小型机器人，每个机器人专门执行一项特定任务，是一种可靠的替代方案，因为该系统简单且经济高效，并且一个或多个机器人的损失不会结束任务。在本文中，我们概述了一个端到端多机器人系统，用于捕获受损和废弃的航天器，以便进行打捞、维修和脱轨。我们分析了派遣多个分散机器人的可行性，这些机器人可以协同工作，首先执行捕获目标卫星的任务，然后爬到受损卫星上进行详细测绘。在获得卫星的详细地图后，机器人将继续进行维修和更换或拆卸部件以进行打捞作业。最后，剩余的部件将与脱轨装置一起包装，以加速脱轨。
眼眶碎片病可以用激光治愈吗？
摘要：原则上，地面高功率激光器能够通过远程诱导激光烧蚀动量使任何类型的空间碎片物体脱离低地球轨道 (LEO)。然而，效率和操作安全性的评估取决于许多因素，例如大气限制或辐射过程中碎片解体的风险。我们分析了各种目标几何形状和尺寸的激光动量，并且首次在大规模模拟中将热约束纳入激光辐照配置中。使用相干耦合的 100 kJ 激光系统，波长为 1030 nm，脉冲持续时间为 5 ns，在优化的指向仰角范围内，脉冲频率应小于 10 Hz，以防止碎片熔化。对于机械完好无损的有效载荷或火箭体，重复率应该更低。尺寸在 10 到 40 厘米之间的小碎片可以通过大约 100 到 400 次正面照射来脱离轨道，而超过 2 米的物体通常需要超过 1000 次照射才能脱离轨道。因此，基于激光的碎片清除不能被视为处理最高风险大型碎片的主要太空可持续性措施，但它可以使用全球分布的激光站点的小型网络来修复大量小型碎片。
超高速发射器卫星结构轨道碎片特性
高质量的复合材料在太空应用中已经使用了几十年，主要用于载人航天器、卫星结构和航天运载火箭。它们在运载火箭中有着广泛的应用，例如固体火箭发动机和燃料和气体压力容器。许多复合材料用作重返大气层的车辆的热保护系统。碳纤维复合材料通常用于卫星结构及其有效载荷系统。1 卫星的总线结构由铝蜂窝芯和复合材料蒙皮制成。其他需要尺寸稳定性的结构由增强复合材料制成。图 1 描述了复合材料在先进空间结构中的应用示例，以及如何确定它们在受到超高速碎片影响时的性能。这些复合材料有助于在太空极端温度下保持极端尺寸稳定性。2 对更大复合结构的需求促使开发高质量的复合结构，这些结构可以用更少的接头制造这些组件，从而增加使用复合结构的好处。3
混合兼容系统，用于软捕获不合作空间碎片
摘要：空间碎片去除（ADR）被太空机构定位为稳定空间碎片的指数生长非常重要的轨道任务。大多数已经开发的捕获系统都是为大型合作卫星设计的，这导致了昂贵的一对一解决方案。本文提出了一种多功能杂种机制，以针对低地球轨道（LEO）的各种小型不合作空间碎片，从而实现了一对一的一对一解决方案。该系统被定制为拟合到立方体。它结合了主动的（带有线性执行器和阻抗控制器）和被动（具有反击的关节）依从性，以消除影响能量，确保足够的接触时间，并成功地帮助捕获更广泛的空间碎片。进行了一项模拟研究，以评估和验证将混合依从性整合到ADR系统中的必要性。这项研究发现了碎屑质量，系统的刚度和接触时间之间的关系，并提供了调整阻抗控制器（IC）增益所需的数据。这项研究还证明了混合依从性的重要性，以确保对更广泛的空间碎片的安全可靠捕获。
太空的黑暗面：应对太空垃圾危机
不完整数据外推、统计模型 • 从地面传感器探测到的样本 • 返回的航天器（LDEF、Solar Max） • 在轨主动现场测量（ISS、EURECA、美国航天飞机）
用于在轨观测毫米级太空碎片的立方体卫星
这里介绍的两个项目都计划使用毫米波长雷达来探测毫米大小的空间碎片物体。将雷达放置在靠近物体的位置有两个好处。首先，由于返回功率与距离（R）之间存在R − 4 的关系，因此靠近物体可以获得更高的返回功率。这种关系意味着，尽管卫星雷达比地面雷达弱得多，但如果雷达足够靠近目标，则返回功率会更高。其次，由于雷达散射截面，从物体返回的雷达功率与λ − 2 成正比。因此，较短的波长（较高的频率）有利于探测这些小块的空间碎片。由于毫米波长会被地球大气层衰减，因此要探测它们，必须将它们放置在卫星上。
太空鱼叉弹丸分析用于空间碎片捕获
太空碎片首次通过1957年10月的人工卫星卫星施普尼克（Sputnik 1）首次发射（NASA，n.d。）开始积聚在地球轨道上。从那时起，越来越多的废弃物体增加了潜在灾难的机会，包括诱导空间碎片的敲击作用，即凯斯勒综合征（国家空间中心，2021年）。这种影响可以消除地球的卫星基础设施，包括每天文明依靠的天气监测，导航和通信。，2020年，114个发射，大约有1,300颗卫星进入太空，而在2021年，该数字增加到了1,400个新卫星的发射（“多少，”，2021年）。主要是，空间碎片位于低地球轨道（LEO），位于地球表面2,000公里以内，尽管在赤道以上35,786公里的地静止轨道（GEO）中可以找到某些碎屑。在2021年，美国太空监视网络（USSSN）跟踪了超过0.1m的15,000块空间碎片。高度决定了卫星或碎屑返回地球所需的时间。在重新进入地球大气之前，几年的物体在600公里以下的轨道范围内，而几个世纪以上的物体将绕1,000公里的轨道轨道轨道（不列颠尼卡，n.d。）。