[发明专利]一种实时在线的空间飞行器壳体受撞击度与撞击定位测量系统

说明书

【技术领域】

本发明是一种实时在线的空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击定位测量系统，该系统基于分布式光纤传感器测量应力应变技术和空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击定位技术。

【背景技术】

英国南安普敦大学研究人员2009年11月4日发布研究报告说，随着人类太空探索活动的增加，太空垃圾数量将急剧增加，未来10年内，太空中两物体间不足5公里的“擦肩而过”事件会增加50％；到2059年会增加250％。越来越多的太空垃圾无疑将使太空“撞车”事件的发生几率大增。美国“连线科学”在2009年10月获得了超高速撞击数据库，表明在从执行代号为STS-50到STS-114的54次任务中，太空垃圾和流星体击中航天飞机的机窗1634次，迫使92个窗口被更换；航天飞机的散热器被击中317次，实际造成散热器的铝蜂巢面板破洞53次。在关于空间和航空会议关于空间碎片众议院小组委员会议上，美国NASA航天局轨道碎片项目办公室的首席科学家尼古拉斯·约翰逊宣布，空间碎片已经成为一个日益严重的问题，这迫使航空航天工程师把找出减少这种危险的办法提到日程。

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)是一种简单的固有传感元件，利用硅光纤的紫外光敏特性写入光纤纤芯内，紫外光照射改变了的部分折射率，形成光纤光栅。由于光纤布拉格光栅具有很多特殊的优点：体积小、质量轻、强度高、弯曲性好、柔韧性好、不受电磁波干扰、不需外加电源、耐腐蚀、易于埋入结构体、建立网路监控、光谱编码、成本低等。所以其传感器应用领域是非常广泛的，其中包括：大型混凝土结构物(大桥、立交桥、铁路)的健康监测智能网络；空航天领域的应用；采矿业的应用；电力工厂的应用；医学领域应用；化学感应器件；滤波器件等等。

光纤布拉格光栅传感器阵列可以通过以下方式组成需要的传感器网络：一是波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)，即在同一条光纤上串接多个光纤光栅应变传感器来测量结构体在不同位置的应变，串接的数目由光源和信号采集的模组的频宽以及每一个传感器预测应变范围决定；二是空分复用(Space Division Multiplexing，SDM)，即由1×N光交换器(optical switch)把光网路设计成放射型，每个通道可以连接一条包含多波长的波分复用传感器；三是时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)，即在一个宽带的光载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个输出端口。

本发明专利目的在于解决上述太空垃圾和流星体击中空间飞行器(空间站)壳体后产生的形变检测问题，采用的技术为分布式光纤传感器测量应力应变技术和空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击定位技术。理论上以弹性动力学和应力波基础学等物理理论确定数学模型，结合实验和半物理实验仿真确定模型系数，最终建立实际空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击位置的物理数学模型。并且实时在线地显示空间飞行器(空间站)壳体受撞击过程与效果。主要实现如下功能：1.实时地确定空间飞行器(空间站)壳体受撞击的准确位置，并且及时在操控界面上显示出来。2.确定空间飞行器(空间站)壳体受撞击度和受撞击类型，从而分辨出空间飞行器(空间站)壳体受撞击后的变形程度(弹性形变或者塑性形变)。3.当空间飞行器遭遇密集型流星体、大质量或者大量太空垃圾等撞击物时，判断空间飞行器(空间站)壳体受损度，确定太空飞行器的避让方案，或采取进一步的应急措施。

【发明内容】

本发明是一种实时在线的空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击定位测量系统，该系统基于分布式光纤传感器测量应力应变技术和空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击定位技术。采用以下技术方案：