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第1章 绪论1

1.1 激光概念及产生机理1

1.1.1 激光概念1

1.1.2 激光产生机理1

1.2 激光器组成、工作机理及分类4

1.2.1 激光器组成与工作机理4

1.2.2 激光器分类5

1.3 激光空间应用概念与原理6

1.3.1 激光辐照飞行靶6

1.3.2 激光清除空间碎片7

1.3.3 激光空间输能9

1.4 激光空间应用研究现状与趋势11

1.4.1 激光辐照飞行靶研究现状与趋势11

1.4.2 激光清除空间碎片研究现状与趋势14

1.4.3 激光空间输能研究现状与趋势21

参考文献27

第一篇 激光对飞行靶辐照效应研究34

第2章 飞行靶激光辐照参数建模34

2.1 飞行靶描述模型34

2.1.1 结构等效模型34

2.1.2 运动模型35

2.2 激光器参数描述模型36

2.3 交汇场景设定38

2.3.1 地基激光辐照水平匀速飞行靶38

2.3.2 地基激光辐照俯冲加速飞行靶40

2.4 辐照参数求解44

2.4.1 水平匀速飞行靶辐照参数求解44

2.4.2 俯冲加速飞行靶辐照参数求解47

2.4.3 飞行靶旋转对辐照参数的影响49

2.5 算例分析50

2.5.1 目标参数设定50

2.5.2 水平匀速飞行靶辐照参数算例51

2.5.3 俯冲加速飞行靶辐照参数算例54

2.5.4 辐照参数分析58

2.6 小结58

参考文献58

第3章 激光辐照飞行靶温度场求解59

3.1 热传导模型的建立59

3.1.1 飞行靶表面的能量交换59

3.1.2 热传导方程的建立60

3.2 温度场分布的求解62

3.2.1 飞行靶空间离散62

3.2.2 激光能量输入离散65

3.2.3 离散方程的建立67

3.2.4 离散方程的求解71

3.3 算例分析73

3.3.1 参数设定73

3.3.2 温度场求解结果75

3.3.3 参数影响分析83

3.4 小结86

参考文献86

第4章 激光辐照飞行靶热烧蚀效应求解88

4.1 热烧蚀模型的建立88

4.1.1 热烧蚀条件假定89

4.1.2 固液相变分析89

4.1.3 热传导方程的建立90

4.2 热烧蚀效应的求解92

4.2.1 激光能量输入离散92

4.2.2 相变潜热的计算及烧蚀单元的处理95

4.2.3 离散方程组的建立及求解98

4.3 算例分析104

4.3.1 参数设定104

4.3.2 热烧蚀效应求解结果104

4.4 小结113

参考文献113

第5章 激光辐照飞行靶仿真实现114

5.1 总体设计114

5.1.1 仿真环境设定114

5.1.2 仿真系统需求分析114

5.1.3 仿真系统组成115

5.1.4 仿真成员信息交互设计116

5.2 联邦设计116

5.2.1 对象类设计117

5.2.2 交互类设计118

5.2.3 类的公布和订购119

5.3 功能设计121

5.3.1 任务流程设计121

5.3.2 辐照效应求解121

5.3.3 辐照效应综合分析123

5.4 系统的实现与应用123

5.4.1 应用环境123

5.4.2 应用案例123

5.5 小结127

参考文献127

第二篇 地基激光清除空间碎片建模与仿真128

第6章 地基激光清除空间碎片需求分析与总体方案设计128

6.1 空间碎片清除需求分析128

6.2 地基激光空间碎片清除总体方案设计130

6.2.1 地基激光空间碎片清除系统组成130

6.2.2 地基激光空间碎片清除工作流程130

6.2.3 地基激光空间碎片清除仿真模型框架设计132

6.2.4 关键技术分析135

6.3 小结141

参考文献141

第7章 地基激光空间碎片清除仿真模型143

7.1 空间碎片模型143

7.1.1 危险碎片组成分类143

7.1.2 质量模型143

7.2 激光站布站模型144

7.2.1 模型设计144

7.2.2 备选布站站点选择145

7.2.3 空间碎片过境时间计算146

7.2.4 基于iSIGHT的模型求解147

7.2.5 应用实例148

7.3 激光传输模型153

7.3.1 激光大气传输分析154

7.3.2 模型设计157

7.3.3 应用实例162

7.4 推力产生模型164

7.4.1 激光辐照空间碎片产生推力机理164

7.4.2 模型设计164

7.4.3 应用实例167

7.5 降轨捕获模型168

7.5.1 空间碎片自然演化规律168

7.5.2 激光辐照对空间碎片影响分析171

7.5.3 速度增量作用位置对降轨影响173

7.5.4 模型设计176

7.5.5 应用实例180

7.6 小结182

参考文献183

第8章 地基激光空间碎片清除仿真结果分析184

8.1 关键参数对空间碎片清除影响分析184

8.1.1 激光参数对空间碎片降轨效果影响184

8.1.2 提高激光参数指标的技术难度与可行性分析186

8.2 空间碎片清除任务规划188

8.2.1 空间碎片清除任务分析188

8.2.2 单激光站多空间碎片清除规划189

8.2.3 多激光站单空间碎片接力清除规划190

8.2.4 多激光站多空间碎片优化清除规划192

8.3 空间碎片清除仿真分析193

8.3.1 单激光站多空间碎片清除仿真分析193

8.3.2 多激光站单空间碎片清除仿真分析197

8.3.3 多激光站多空间碎片清除仿真分析202

8.4 空间碎片清除仿真可视化显示205

8.5 小结208

参考文献209

第三篇 空间激光输能光电转换建模仿真与实验210

第9章 空间激光输能系统工作机理210

9.1 空间激光输能任务执行流程210

9.2 空间激光输能系统组成211

9.3 空间激光输能系统关键技术214

9.3.1 高效、高质量激光器技术214

9.3.2 激光束预处理技术215

9.3.3 卫星姿态指向控制技术216

9.3.4 目标捕获跟踪瞄准技术216

9.3.5 目标捕获跟踪瞄准技术217

9.4 空间激光输能系统效率分析218

9.4.1 系统输能效率分析218

9.4.2 光电转换效率分析219

9.5 小结219

参考文献220

第10章 激光输能光电转换模型构建222

10.1 光电转换基本原理222

10.1.1 吸收作用222

10.1.2 光生伏特效应225

10.2 激光输能光电转换最大输出功率数学模型226

10.2.1 光生电流Iph求解227

10.2.2 反向饱和电流Ios求解229

10.2.3 光电转换最大输出功率求解229

10.3 激光输能光电转换输入功率数学模型230

10.4 激光输能光电转换效率数学模型232

10.5 激光输能光电转换效率Simulink仿真模型234

10.6 激光输能输入角控制器设计236

10.6.1 用户星相关模型237

10.6.2 控制任务描述239

10.6.3 基于反步法的自适应鲁棒控制器设计240

10.6.4 基于Lyapunov第二方法的系统稳定性证明243

10.7 小结245

参考文献246

第11章 激光输能光电转换效率参数影响仿真分析248

11.1 仿真参数设置248

11.2 激光输能光电池输出特性分析249

11.3 光电池自身参数对光电转换效率影响分析250

11.3.1 等效串联电阻对光电转换效率影响分析250

11.3.2 常温下的反向饱和电流对光电转换效率影响分析251

11.4 外部参数对光电转换效率影响分析252

11.4.1 光电池温度对光电转换效率影响分析253

11.4.2 辐照功率密度对光电转换效率影响分析254

11.4.3 激光入射角对光电转换效率影响分析255

11.5 激光入射角控制器有效性仿真分析256

11.5.1 用户星期望姿态解算256

11.5.2 任务参数设置258

11.5.3 仿真结果分析259

11.6 小结261

参考文献262

第12章 实验设计及验证263

12.1 实验系统组成263

12.1.1 系统硬件平台263

12.1.2 系统软件平台265

12.2 实验方案设计266

12.2.1 实验内容确定266

12.2.2 光电池材料选取267

12.2.3 光电转换装置设计268

12.2.4 光束调节方法269

12.2.5 激光辐照功率密度测量方法270

12.2.6 光电池温度控制方法270

12.3 实验及结果分析271

12.3.1 激光输能基本原理和过程演示实验271

12.3.2 激光输能光电转换相关模型可用性验证272

12.3.3 激光输能光电转换效率数学模型的优势验证274

12.3.4 等效串联电阻对激光输能光电转换效率影响验证275

12.3.5 光电池温度对激光输能光电转换效率影响验证277

12.3.6 辐照功率密度对激光输能光电转换效率影响验证278

12.3.7 激光入射角对激光输能光电转换效率影响验证280

12.4 小结282

参考文献282