航天器空间撞击建模与分析

前言

第1章航天器空间撞击概述

1.1航天器的种类与特征

1.1.1航天器的种类

1.1.2航天器的特征

1.2航天器空间撞击的类型

1.2.1航天器间的撞击

1.2.2航天器与KKV的撞击

1.2.3航天器与碎片的撞击

1.3航天器空间撞击分析涉及的主要问题

1.3.1超高速撞击技术

1.3.2目标毁伤评估技术

1.3.3航天器撞击解体模型

参考文献

第2章航天器撞击交会模型

2.1航天器描述模型

2.1.1航天器构型分析

2.1.2航天器等效模型

2.2KKV描述模型

2.2.1KKV等效模型

2.2.2KKV运动模型

2.3空间碎片描述模型

2.4弹目交会模型

2.4.1矩形板交会模型

2.4.2球体交会模型

2.4.3长方体交会模型

2.4.4圆柱体交会模型

2.4.5射弹撞击角

参考文献

第3章航天器撞击解体模型分析与改进

3.1几种主要的撞击解体模型

3.1.1早期模型

3.1.2Battelle模型

3.1.3NASA模型

3.2撞击解体模型对比分析

3.2.1撞击解体模型定性比较

3.2.2撞击解体模型数值比较

3.2.3撞击解体模型的建模基础

3.3守恒定律分析

3.3.1质量守恒

3.3.2角动量守恒

3.3.3能量守恒

3.4SCBM模型构建

3.4.1撞击解体极限

3.4.2质量分布

3.4.3碎片质量与特征尺寸／直径关系的再讨论

3.4.4尺寸分布

3.4.5面质比分布

3.4.6速度分布

3.5SCBM模型程序实现与案例分析

3.5.1SCBM模型算法

3.5.2SCBM模型程序开发

3.5.3SCBM模型与试验结果比较分析

参考文献

第4章航天器与KKV撞击建模与分析

4.1射弹撞击毁伤域

4.1.1毁伤域的定义

4.1.2毁伤域的求解

4.1.3毁伤域求解案例

4.2目标撞击解体域

4.2.1薄板撞击孔径模型

4.2.2撞击孔径模型验证

4.2.3薄板层数求解

4.3射弹退化模型

4.3.1侵彻阻力模型

4.3.2速度退化模型

4.3.3长度退化模型

4.4薄板撞击解体机理

4.4.1碎片平均尺寸

4.4.2应变率求解模型

4.5碎片分布模型

4.5.1指数分布

4.5.2幂率分布

4.6撞击试验案例分析

4.6.1尺寸估计模型

4.6.2SIBM模型验证

参考文献

第5章航天器非解体性撞击毁伤分析

5.1航天器易损性分析

5.1.1目标毁伤树分析

5.1.2部件毁伤准则

5.1.3目标毁伤等效靶

5.2航天器撞击毁伤模型

5.2.1THOR侵彻方程

5.2.2THOR方程验证

5.2.3毁伤概率模型

5.2.4撞击毁伤案例

参考文献

第6章航天器推进剂撞击爆炸分析

6.1航天器推进剂撞击模型

6.1.1航天器推进系统

6.1.2推进剂贮箱

6.1.3肼的性质

6.2推进剂撞击起爆模型

6.2.1起爆机理分析

6.2.2冲击起爆判据

6.2.3判据参数求解

6.3撞击起爆模型验证

6.3.1案例分析

6.3.2SPID模型数据

6.3.3SPH仿真数据

6.4贮箱爆炸解体模型

6.4.1当量原理

6.4.2碎片初速模型

6.4.3碎片分布模型

6.5贮箱爆炸模型验证

6.5.1速率衰减模型

6.5.2碎片毁伤准则

6.5.3贮箱爆炸案例

参考文献

第7章空间撞击碎片云特性分析

7.1空间碎片轨道预报与寿命算法

7.1.1空间碎片轨道预报

7.1.2撞击碎片云初始轨道分布特性

7.1.3地球非球形引力摄动与平均根数法

7.1.4大气阻力摄动

7.1.5空间碎片寿命算法

7.2撞击碎片云的演变过程

7.2.1球形阶段

7.2.2椭球形阶段

7.2.3绳形阶段

7.2.4螺旋线形阶段

7.2.5全方位扩散阶段

7.2.6球壳形阶段

7.3撞击碎片云留轨特性快速算法

7.4快速算法的计算案例与验证

参考文献

第8章航天器与空间碎片撞击的风险分析

8.1空间碎片环境通量模型

8.2编目空间碎片碰撞预警

8.2.1空间碎片分类

8.2.2轨道预报和筛选

8.2.3轨道预报误差

8.2.4碰撞判据

8.2.5碰撞规避

8.3航天器与编目空间碎片的碰撞概率

8.3.1基本假设

8.3.2误差椭球

8.3.3交会坐标系

8.3.4计算碰撞概率

8.4航天器与短期碎片云的碰撞概率

8.4.1各碰撞概率的关系和计算流程

8.4.2航天器与单颗碎片的碰撞概率

8.4.3航天器与碎片云的碰撞概率

8.4.4轨道误差对计算碰撞概率的影响

8.4.5航天器与碎片云碰撞的风险区域

8.4.6仿真算例

参考文献

第9章撞击碎片的环境危害性及其防护分析

附录A联合国空间碎片减缓指南

附录B航天器撞击解体分析评估软件

《航天器空间撞击建模与分析》作者在多年航天器空间撞击建模分析与应用实践的基础上，系统地分析总结了航天器空间撞击建模与分析的相关理论和方法。内容主要包括航天器撞击交会与解体模型、航天器与KKV撞击建模、航天器非解体性撞击、航天器推进剂撞击爆炸、撞击碎片云轨道分布与演变、航天器与空间碎片撞击、撞击碎片的环境危害性及其防护分析等。《航天器空间撞击建模与分析》适用于从事航天器设计分析、空间环境分析、空间测量与监控、空间碎片污染与防治、空间系统安全性分析与设计等相关设计与应用技术人员，也可供高年级本科生、研究生及相关领域爱好者参考使用。航天器在空间发生的撞击是空间碎片产生的主要根源，也是空间系统安全性分析与防治的重要内容。《航天器空间撞击建模与分析》作者在多年航天器空间撞击建模分析与应用实践的基础上，系统地分析总结了航天器空间撞击建模与分析的相关理论和方法。内容主要包括航天器撞击交会与解体模型、航天器与KKV撞击建模、航天器非解体性撞击、航天器推进剂撞击爆炸、撞击碎片云轨道分布与演变、航天器与空间碎片撞击、撞击碎片的环境危害性及其防护分析等。《航天器空间撞击建模与分析》适用于从事航天器设计分析、空间环境分析、空间测量与监控、空间碎片污染与防治、空间系统安全性分析与设计等相关设计与应用技术人员，也可供高年级本科生、研究生及相关领域爱好者参考使用。图书在版编目(CIP)数据航天器空间撞击建模与分析/沈怀荣等著.—北京：科学出版社，2014