[发明专利]激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置

说明书

本发明公开了一种激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置，该试验方法包括确定球丸的靶结构；确定球丸运行时初始状态；开展激光试验，获得防护结构失效的临界球丸直径；且该试验装置包括球丸、激光发射器、靶结构、防护结构、条纹相机和分幅相机。本发明操作简单，设计的激光烧蚀驱动球丸靶装置，实现试验过程的高精度测量诊断，为≥10km/s空间碎片防护结构超高速撞击试验提供技术手段，满足航天器空间碎片防护设计的工程需求。

技术领域

本发明涉及模拟航天器球丸撞击试验的技术领域，尤其涉及一种激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置。

背景技术

空间碎片对在轨航天器的安全造成极大的威胁，其与航天器发射碰撞的速度高达3-15km/s，将航天器造成严重损伤甚至爆炸解体，目前国际上的载人航天器和高价值卫星均安装了空间碎片防护结构来提升其抵御空间碎片的能力；介于在轨验证的高成本，地面模拟超高速撞击试验成为评价防护结构的主要手段；国际上公认的地面试验通常采用超高速铝质球形球丸对防护结构进行撞击，而用防护结构失效的临界球丸直径来表征结构的防护性能的。

通常采用轻气炮发射超高速球丸来模拟空间碎片的撞击，但是受轻气炮发射能力的限制，目前国内外仅能进行＜10km/s的标准验证试验；虽然采用电炮、聚能加速等技术能够达到≥10km/s的发射速度，但发射的物体为非铝质非球形弹体，为非标准撞击试验，不能够作为航天器工程设计的参考依据，对工程设计指导性较差。

综上所述，目前的地面超高速撞击试验方法不能实现空间碎片撞击速度3-15km/s的全覆盖，不能满足空间碎片防护结构超高速撞击地面模拟研究的需求，亟需发展一种能够实现≥10km/s防护结构超高速撞击试验的新方法，为航天器空间碎片防护工程设计指导依据。

因此，有必要提供一种激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法以解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法，该试验方法能够简单地实现驱动球丸撞击空间碎片防护结构的激光试验。

本发明采用了如下的技术方案：

激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法，包括以下步骤：

确定球丸的靶结构；

确定所述球丸运行时初始状态；

开展激光试验，获得防护结构失效的球丸临界直径，其中，所述开展激光试验步骤为：

采用激光驱动准等熵加载的方式驱动所述球丸；

对所述球丸的速度和撞击过程进行记录；

判断防护结构是否穿透或明显脱落，

若穿透或明显脱落，则选用直径更小的所述球丸再次开展激光试验；

若没有穿透或明显脱落，则选用直径更大的所述球丸再次开展激光试验。

优选地，所述对所述球丸的速度和撞击过程进行记录的步骤为：

采用条纹相机对所述球丸速度进行测量；

采用分幅相机对防护结构超高速撞击动态响应过程进行记录。

优选地，所述球丸的临界直径为相邻的穿透和未穿透两个试验点中所述球丸直径的平均值。

所述穿透和未穿透两个试验点包括一次试验出现防护结构的后墙墙体穿孔或剥落现象，下一次试验后墙墙体未出现明显穿孔或剥落现象发生，或者一次试验后墙未出现明显穿孔或剥落，下一次试验则出现防护结构的后墙墙体穿孔或剥落现象。

优选的，所述确定所述球丸运行时初始状态包括：

确定所述球丸的初始速度点；