[发明专利]一种用于空间碎片的自适应激光消旋系统

说明书

本发明公开了一种用于空间碎片的自适应激光消旋系统。系统由电动转台和机身主体组成，机身主体内含有图像追踪子系统、追踪分析子系统、测距测速激光发射子系统、回波接收子系统、LID子系统、LID效果监控分析子系统、自适应聚焦子系统及主控制分析器。本发明的有益效果是，采用图像追踪子系统进行空间碎片分布实时分析，并挑选兴趣碎片目标；采用可变功率重频脉冲LID激光器与激光测距测速子系统、LID效果监测子系统，实现自适应碎片降速与消旋，以达到快速碎片消旋，提高碎片捕捉能力。

技术领域

本发明涉及一种激光消旋系统与方法,尤其涉及一种采用复合激光及成像手段的目标消旋系统与方法，适用于低地球轨道碎片的消旋，属于光电技术领域。

背景技术

在地球轨道上由失效物体组成的集合称为空间碎片(Space debris)，也称轨道碎片、太空垃圾或空间废物。在低地球轨道(Low Earth orbit,简称LEO)中存在1500个大型碎片(每个质量均大于100千克)，其总质量占整个低轨碎片的质量总和1900砘的98％。

每次卫星发射、空间探测及载人航天均可能产留下空间碎片。任何具有一定尺寸的两个空间物体如发生碰撞都将产生新的碎片。尤其当大的碰撞(例如一空间站与某一失效卫星)发生时，其产生的大量碎片将可能导致LEO无法继续使用。

空间碎片产生的轨道扰动会改变轨道平面的方面，使得碰撞可能从任意方向上发生。碎片常导致高速碰撞，其速度可达每秒数公里。且在空间摄动力作用下，失去控制的低轨碎片大多处于高速旋转状态，旋转轴存在长期章动。这就导致碎片目标的相对测量、逼近与抓捕面临极大挑战。因此，针对碎片目标施加作用，将其旋转角速度减小一个数量级以上，即实现大幅度消旋是实施碎片接近、观测、捕获等任务的前提。

目前，国际空间碎片相关技术包括离子束、气凝胶泡沫球、喷雾水、充气气球、电动系绳、加速电胶合法等，这些相关技术存在成本高、体积大、鲁棒性低的缺点，急需新型的碎片技术加以克服。激光诱导消旋(Laser induced derotation，简称LID)是一种基于低能激光光子动量的光压机制及高能激光诱导等离子体(Laser induced plasma，简称LIP)烧蚀形成等离子推力机理的技术，因此，LID可提供碎片消旋所需的阻力矩，是碎片消旋的一种可行方法。但尚未推出成熟的LID消旋系统及方法。

针对传统天基碎片技术不足，本发明提出一种图像监控双脉冲激光自适应天基LID碎片系统，具有高鲁棒性的优点，适用于各种尺寸及转速的碎片消旋。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低地球轨道空间碎片自适应激光消旋系统与方法，高鲁棒性可有效扩大适用碎片的尺寸速度范围，满足后续碎片捕捉的要求。

本发明是这样来实现的：

本发明提出的自适应激光消旋系统由电动转台和机身主体组成，机身主体内含有图像追踪子系统、追踪分析子系统、测距测速激光发射子系统、回波接收子系统、LID子系统、LID效果监控分析子系统、自适应聚焦子系统及主控制分析器；

其中电动转台可接受主控制分析器的指令带动机身主体作三维任意角度的转动；

图像追踪子系统由广角镜头与成像探测器组成；追踪分析子系统由成像控制器与成像分析器组成；成像控制器与成像探测器通过信号线通讯，成像控制器用以启动与控制成像探测器的成像，并接受其图像数据；成像分析器由高速GPU(注：Graphics ProcessingUnit，图形处理单元)组成，用以对图像进行高速实时分析；

要实现对空间碎片进行消旋，碎片追踪是第一步。图像追踪子系统采用实时照像的方法对碎片进行追踪，获取成像视场内碎片的分布，并通过成像分析器进行实时分析，找到空间兴趣碎片目标并逼近，对其图像再进行实时分析，得出其几何特征及运动学特性，以供LID子系统高效率消旋；