论文摘要：空间碎片再入过程的数值仿真

空间碎片是指位于地球轨道或再入稠密大气层的、所有失效的并且没有理由指望其能继续保有或恢复其原有功能的人造物体及其碎片和零部件。空间碎片具有极大的危险性，会对航天飞机、空间站以及地面的人员财产安全造成巨大的威胁。随着射入外层空间物体数量的不断增加，空间碎片环境问题越来越突出。因此，空间碎片的减缓变得非常必要。作为空间碎片减缓的一个分支，空间碎片再入安全技术研究包括在轨航天器（如空间实验室、空间站、大型近地卫星、火箭末级或其他碎片）的轨道寿命及何时再入、再入碎片的气动力和气动热分析、再入后的弹道分析和落点散布分析、对地面人员和建筑等的安全威胁进行评估、制定再入碎片的再入方案、制定再入地区的地面应急措施，有效的降低危害。本文以CFD技术为基础，结合工程算法，在国内首次建立了一套包括气动、弹道、烧蚀、解体以及地面风险度评估在内的完整的空间碎片再入分析系统。其中气动部分采用高精度CFD方法计算空间碎片再入过程中的气动特性；弹道部分将再入的空间碎片视为刚体，采用刚体六自由度弹道仿真数学模型计算空间碎片的再入轨迹及姿态变化；烧蚀部分针对一维和二维烧蚀模型进行研究，编制基于近似分析解、有限差分方法的一维、二维烧蚀程序，计算空间碎片再入过程中的烧蚀情况；解体部分则根据国内外有关解体的案例、算法等，对现有解体准则的适用范围和优缺点进行比对分析，制定解体过程的研究方案；在地面风险度评估部分提出了再入风险度计算公式。最后，综合上述研究，以资源1号卫星为算例，模拟了一个完整的空间碎片再入过程。

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