空間無源對(duì)抗中的沾染研究.pdf

1、空間無源對(duì)抗技術(shù)具有技術(shù)難度較低、不產(chǎn)生對(duì)航天器有較大影響的空間碎片、研制成本較低等優(yōu)勢(shì)，是典型的軟對(duì)抗手段。本文針對(duì)直接噴發(fā)式無源對(duì)抗技術(shù)，通過研究無源物質(zhì)的空間輸運(yùn)，建立光學(xué)表面微粒分布的簡(jiǎn)單點(diǎn)陣模型，進(jìn)而研究光學(xué)表面沾染對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響。本文的研究是直接噴發(fā)式無源對(duì)抗技術(shù)的重要的基礎(chǔ)性研究。所進(jìn)行的大小不同、沾染密度不同的顆粒對(duì)光學(xué)系統(tǒng)影響的研究對(duì)于污染問題的分析、控制與防護(hù)、成像質(zhì)量預(yù)估、分析與處理成像質(zhì)量問題、空間非成像系統(tǒng)載

2、波波長(zhǎng)的選擇及空間防護(hù)也具有重要意義。
　　直接噴射式無源對(duì)抗的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于無源物質(zhì)以怎樣的撒布速度和釋放時(shí)間釋放出去才能在目標(biāo)星的光學(xué)表面形成足以使光學(xué)系統(tǒng)失效的顆粒層。
　　為此，本文首先研究了無源物質(zhì)的撒布速度問題。在對(duì)無源物質(zhì)的空間輸運(yùn)和對(duì)抗軌道分析的基礎(chǔ)上，在兩顆星軌道根數(shù)和離開近地點(diǎn)時(shí)間已知的情況下，針對(duì)到達(dá)目標(biāo)星的無源物質(zhì)的形態(tài)大多為分子流或準(zhǔn)分子流的情況，建立了無源物質(zhì)的撒布速度模型。并就無源物質(zhì)輸運(yùn)過程中

3、的擴(kuò)散問題進(jìn)行了分析，給出擴(kuò)散角度不同時(shí)無源物質(zhì)在光學(xué)表面的密度分布情況，為簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的提出提供依據(jù)。
　　以最少的無源物質(zhì)達(dá)到作戰(zhàn)目的是追求的目標(biāo)。為此，本文建立簡(jiǎn)單點(diǎn)陣模型，著重對(duì)顆粒沾染的三種情況進(jìn)行研究：
　　首先，將顆粒視為不透明介質(zhì)，從成像的角度研究顆粒分布為簡(jiǎn)單點(diǎn)陣時(shí)沾染對(duì)成像光學(xué)系統(tǒng)的影響。根據(jù)巴俾涅原理，從Fraunhofer衍射理論出發(fā)得到顆粒規(guī)則分布的衍射屏的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，并進(jìn)行歸一化處理得到成像面上的點(diǎn)擴(kuò)

4、散函數(shù)。分析顆粒間距和尺寸不同時(shí)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的特點(diǎn)，得到了顆粒濃度和尺寸對(duì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)影響的一般規(guī)律。
　　其次，假定顆粒是具有一定復(fù)折射率的均質(zhì)顆粒，針對(duì)空間成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)，采用時(shí)域有限差分方法（FDTD）分別建立點(diǎn)陣沾染模型，分別分析了顆粒沾染對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)性能的影響。進(jìn)一步與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，提出了根據(jù)FDTD計(jì)算結(jié)果判定顆粒沾染導(dǎo)致光學(xué)成像系統(tǒng)失效的評(píng)定方法，研究了當(dāng)由FDTD計(jì)算得到的光強(qiáng)分布與該評(píng)定方法一致時(shí)

5、，顆粒間最大距離、顆粒所占比例及顆粒間隙寬度與顆粒半徑的關(guān)系。顆粒的其他分布情況僅僅是簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的迭加而已。
　　最后，認(rèn)為沾染到光學(xué)表面的顆粒物是含有多個(gè)大小不一、具有一定復(fù)折射率的顆粒的液滴或冰晶，以滿足阿波羅填充的顆粒聚合體為例，采用FDTD方法從振幅幅值的變化規(guī)律和偏振兩個(gè)方面研究了含有多個(gè)不同質(zhì)顆粒的液滴的前向散射特性，分析了這種分形顆粒對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響。對(duì)于光學(xué)表面沾染多個(gè)顆粒聚合體的情況，可通過點(diǎn)陣模型與單個(gè)顆粒聚合體