●前言
第1章 激光操控空間碎片概述 1
1.1 激光燒蝕空間碎片衝量耦合規律 2
1.1.1 激光能量轉化為反噴羽流動能 2
1.1.2 激光燒蝕空間碎片衝量耦合效應 3
1.2 激光操控空間碎片研究 5
1.2.1 地基激光清除空間碎片 5
1.2.2 天基激光清除空間碎片 7
1.2.3 天基激光操控空間碎片 9
參考文獻 10
第2章 空間碎片的運動軌道分析方法 12
2.1 空間碎片的軌道要素和常用坐標繫 12
2.1.1 基本軌道要素 12
2.1.2 常用坐標繫 14
2.1.3 坐標繫的旋轉變換 15
2.1.4 常用坐標繫之間旋轉變換關繫 16
2.2 地球中心引力場中空間碎片橢圓軌道 18
2.2.1 空間碎片的橢圓軌道運動 19
2.2.2 空間碎片的圓軌道運動 20
2.3 激光燒蝕力和大氣阻力下空間碎片運動軌道分析方法 21
2.3.1 軌道攝動方程 21
2.3.2 小偏心率下空間碎片軌道攝動方程 22
2.3.3 小偏心率下軌道攝動方程的求解 24
2.4 空間碎片的衝量耦合效應和激光燒蝕力 31
2.4.1 衝量耦合效應 31
2.4.2 衝量耦合繫數曲線 32
2.4.3 激光燒蝕力 33
2.5 空間碎片的大氣阻力 34
2.5.1 大氣阻力 35
2.5.2 大氣密度隨高度的變化 35
2.5.3 大氣阻力與激光燒蝕力比較 36
第3章 空間碎片的激光燒蝕力和力矩分析方法 40
3.1 空間碎片的激光操控方式 40
3.1.1 空間碎片的運動 40
3.1.2 基本激光操控方式 41
3.2 空間碎片獲得激光燒蝕力和力矩的計算模型 42
3.2.1 單脈衝激光燒蝕衝量和激光燒蝕力計算模型 42
3.2.2 單脈衝激光燒蝕衝量矩和激光燒蝕力矩計算模型 44
3.3 球體空間碎片的衝量與激光燒蝕力 45
3.4 圓柱體空間碎片的衝量與激光燒蝕力 47
3.4.1 激光輻照圓柱體側面情況 47
3.4.2 激光輻照圓柱體底面情況 48
3.4.3 衝量合成與激光燒蝕力 48
3.4.4 體固聯坐標繫下描述 49
3.4.5 圓盤和圓杆空間碎片的衝量與激光燒蝕力 52
3.5 長方體空間碎片的衝量與激光燒蝕力 54
3.5.1 激光輻照長方體側面情況 55
3.5.2 激光輻照長方體底面情況 55
3.5.3 衝量合成與激光燒蝕力 55
3.5.4 體固聯坐標繫描述 56
3.5.5 立方體和薄板空間碎片的衝量和激光燒蝕力 58
3.6 半球體空間碎片的衝量與激光燒蝕力 60
3.6.1 激光輻照面分析 60
3.6.2 激光輻照面的投影面分析 61
3.6.3 單脈衝激光燒蝕衝量和衝量矩分析 62
3.6.4 體固聯坐標繫下激光燒蝕力和力矩 66
3.7 圓錐體空間碎片的衝量與激光燒蝕力 69
3.7.1 激光輻照面分析 69
3.7.2 激光輻照面的投影面分析 69
3.7.3 單脈衝激光燒蝕衝量和衝量矩分析 71
3.7.4 體固聯坐標繫下激光燒蝕力和力矩 77
第4章 激光操控空間碎片運動軌道的方法 81
4.1 激光燒蝕力作用下空間碎片運動軌道的分析方法 81
4.1.1 激光燒蝕力的作用方式分析 81
4.1.2 有激光燒蝕力時空間碎片運動軌道的分析方法 82
4.1.3 無激光燒蝕力時空間碎片運動軌道的分析方法 83
4.1.4 軌道攝動方程中相關變量的計算方法 84
4.2 空間碎片激光操控窗口與判據的分析方法 85
4.2.1 激光優選作用距離分析 85
4.2.2 空間碎片在平臺前方運動的條件 85
4.2.3 激光優選發射角分析 86
4.2.4 激光操控窗口和判據 86
4.3 球體空間碎片運動軌道的激光操控方法 86
4.3.1 平臺的軌道運動分析 87
4.3.2 球體空間碎片的軌道運動分析 88
4.3.3 球體空間碎片單位質量的激光燒蝕力分析 91
4.3.4 基本步驟和流程 93
4.3.5 計算分析 94
4.3.6 小結 107
4.4 圓柱體空間碎片運動軌道的激光操控方法 108
4.4.1 圓柱體空間碎片的初始軌道參數分析 108
4.4.2 圓柱體空間碎片的初始姿態運動分析 109
4.4.3 圓柱體空間碎片單位質量的激光燒蝕力分析 111
4.4.4 圓盤和圓杆空間碎片單位質量的激光燒蝕力分析 114
4.4.5 計算分析 116
4.5 長方體空間碎片運動軌道的激光操控方法 131
4.5.1 長方體空間碎片初始軌道參數分析 132
4.5.2 長方體空間碎片初始姿態運動分析 132
4.5.3 激光輻照方向單位矢量分析 134
4.5.4 激光燒蝕力方向單位矢量分析 135
4.5.5 長方體空間碎片單位質量的激光燒蝕力分析 137
4.5.6 薄板和長條杆空間碎片單位質量的激光燒蝕力分析 138
4.5.7 計算分析 139
4.5.8 小結 159
第5章 激光操控空間碎片運動姿態的方法 160
5.1 激光燒蝕力作用下空間碎片運動姿態的分析方法 160
5.1.1 近距離、小光斑、點覆蓋激光操控的特點分析 160
5.1.2 空間碎片體固聯坐標繫 161
5.1.3 空間碎片姿態動力學方程 162
5.1.4 空間碎片姿態運動學方程 163
5.1.5 坐標旋轉變換矩陣 163
5.1.6 空間碎片姿態運動分析方法 165
5.1.7 無外力矩作用下空間碎片姿態運動的特點 166
5.2 激光燒蝕力作用下空間碎片運動軌道的分析方法 169
5.2.1 近距離、小光斑、點覆蓋下激光燒蝕力和力矩分析 169
5.2.2 有激光燒蝕力時空間碎片運動軌道的分析方法 176
5.2.3 無激光燒蝕力時空間碎片運動軌道的分析方法 176
5.2.4 激光操控窗口和判據 177
5.3 薄板空間碎片激光操控運動姿態分析方法 177
5.3.1 空間碎片和平臺的初始軌道參數 177
5.3.2 空間碎片和平臺的位置和速度 178
5.3.3 空間碎片運動姿態分析 179
5.3.4 激光燒蝕力和力矩 181
5.3.5 激光燒蝕消旋策略分析 183
5.3.6 基本步驟和流程 185
5.3.7 計算分析186
5.3.8 小結 194
5.4 圓柱體空間碎片的激光操控運動姿態的方法 194
5.4.1 激光燒蝕力和力矩 194
5.4.2 激光燒蝕消旋策略分析 196
5.4.3 計算分析 200
5.4.4 小結 206
5.5 長方體空間碎片激光操控運動姿態的方法 206
5.5.1 激光燒蝕力和力矩 207
5.5.2 激光燒蝕消旋策略分析 212
5.5.3 計算分析 217
5.5.4 小結 224

《天基激光燒蝕操控空間碎片方法》針對工程中人們對了解和掌握激光燒蝕操控空間碎片技術的迫切需求，緊密圍繞撞擊危害*大的釐米級空間碎片的軌道操控和尺寸較大的航天器廢棄物的姿態操控問題，研究天基激光燒蝕操控空間碎片的方法。在簡要介紹激光燒蝕操控空間碎片技術發展現狀的基礎上，首先，通過分析描述空間碎片軌道和姿態運動常用的坐標繫，研究在地球中心引力場、激光燒蝕力和大氣阻力等共同作用下空間碎片的軌道運動分析方法；其次，通過建立激光燒蝕力和力矩計算模型，研究球體、圓柱體、長方體、半球體和圓錐體等典型空間碎片的激光燒蝕力和力矩的分析方法；再次，通過分析空間碎片的激光操控窗口與判據，研究球體、圓柱體和長方體等典型空間碎片的運動軌道的激光操控方法；最後，通過分析激光燒蝕消旋策略，研究薄板、圓柱體和長方體等典型空間碎片的運動姿態的激光操控方法。