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专利号: 2020106832952
申请人: 西安外事学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.天‑地基自适应纳秒脉冲激光驱动近地轨道目标的方法,其特征在于,所述该方法包括以下步骤:步骤一:搭建天‑地基自适应纳秒脉冲激光驱动系统,该系统包括天基激光站、地基激光站和天基平台激光雷达探测预警系统,所述天基激光站部署在轨道半径为rL的外层空间,并在轨道半径为rL的圆形轨道上运行,地基激光站为地基激光发射站,并在天基激光站和地基激光站上搭载自适应纳秒脉冲激光发射器,天基平台激光雷达探测预警系统设置在天基激光站上,形成天‑地基自适应纳秒脉冲激光驱动系统;

步骤二:在搭建完成天‑地基自适应纳秒脉冲激光驱动系统后,利用自适应纳秒脉冲激光发射器发射激光对目标太空碎片进行清理:S1.当天基平台激光雷达探测预警系统检测到目标太空碎片的飞行高度在天基激光站搭载的自适应纳秒脉冲激光发射器的最大作用距离的近地轨道内时;

S2.搭载在天基激光站上的自适应纳秒脉冲激光发射器发射激光,目标太空碎片在强激光辐照作用下,产生反冲冲量,获得速度增量,减速变轨,与大气层发生摩擦,当天基平台激光雷达探测预警系统检测到目标太空碎片的飞行高度在天基激光站搭载的自适应纳秒脉冲激光发射器的最大作用距离的近地轨道外时,天基激光不再作用;

步骤S2所述的目标太空碎片是指飞行高度在400~2000km的近地轨道上的尺寸在1~

10cm的小尺寸空间碎片;

步骤S2所述的利用天基激光站搭载的自适应纳秒脉冲激光发射器发射激光改变目标太空碎片运行轨道的具体过程如下:空间碎片的降轨清除过程中,描述在轨航天器时间与位置关系的开普勒方程表示为:M=E‑esinE=n(t‑tP) (1)

式(1)中:M为平近点角;E为偏近点角;e为偏心率;t为航天器当前运行时间;tp为航天器过近地点的时间;n为航天器的平均运动角速度;

碎片对应的平近点角为:

M1=E1‑e1sinE1=n1(t1‑tp1) (2)

下一个脉冲激光作用时,碎片对应的偏近点角与平近点角关系为:

其中:k为激光重复频率;

将式(2)与式(3)相减可得:

式(5)的开普勒方程是偏近点角E2的超越方程,无法直接求解出准确数值;可采用迭代次数较少的牛顿迭代法求解E2的近似值,最终E2的近似值可表示为:S3.当天基平台激光雷达探测预警系统检测到目标空间碎片再次进入天基激光站的作用范围时,激光继续辐照碎片,直至碎片最终坠入大气层烧毁。

2.根据权利要求1所述的天‑地基自适应纳秒脉冲激光驱动近地轨道目标的方法,其特征在于,步骤一所述的自适应纳秒脉冲激光发射器能够发射激光重复频率为100Hz、脉冲宽度不大于8ns、激光波长为532nm的纳秒脉冲激光。

3.根据权利要求1所述的天‑地基自适应纳秒脉冲激光驱动近地轨道目标的方法,其特征在于,该方法基于天‑地基自适应纳秒脉冲激光驱动近地轨道目标的系统实现,所述系统包括天基激光站、地基激光站和天基平台激光雷达探测预警系统;

天基激光站,部署在轨道半径为rL的外层空间,并在轨道半径为rL的圆形轨道上运行,并在天基激光站搭载自适应纳秒脉冲激光发射器,用于形成脉冲激光,改变目标空间碎片的运动轨迹;

地基激光站,在地基激光站上搭载自适应纳秒脉冲激光发射器,发射地基激光,当空间目标碎片对在轨航天器的安全产生威胁时,发射高能脉冲激光对目标碎片进行离轨清除;

天基平台激光雷达探测预警系统,搭载在天基激光站上,对搭载在天基激光站上的自适应纳秒脉冲激光发射器的射程范围内的目标空间碎片进行寻找扫描,并定位,发出警报。