本文刊载在《科技导报》2010年第2期“封面图片说明”栏目

在空间环境中，除存在各类带电粒子、场和电磁辐射威胁外，还存在大量的微流星体（micrometeoroid）和空间碎片（orbital/space debris）等中性粒子，这些中性粒子被称为人类航天活动的M/OD环境。自1957年苏联发射世界上第一颗人造卫星迄今，人类已经进行了4300多次空间发射活动，发射入轨的航天器约5500个。空间碎片主要源于失效航天器、火箭末级箭体及航天器在轨解体碎片等方面。截至2009年12月14日，美国空间监视网（Space Surveillance Network，SSN）和天基探测统计的编目空间物体数为13800个，其中正常运行的航天器只约占6%，其余94%均为空间碎片。不可跟踪观测的空间碎片数量更多，大于1cm的空间碎片数量已超过20万个，大于1mm的空间碎片超过了3500万个，微米级以上的空间碎片则更庞大，空间碎片的总质量已超过45×105kg。空间碎片平均密度为2.8g/cm3，与其他空间物体的平均相对碰撞速度约为10km/s，微流星体的平均相对碰撞速度则更高，可达20km/s。如此高的碰撞速度，足以使航天器发生结构破坏和功能失效，甚至导致灾难性航天事故的发生。

      目前，国内外在研究空间碎片问题时，通常划分为探测（measurements）、环境及数据库（environment and data bases）、防护（protection）和减缓（mitigation）4个技术领域。空间碎片风险评估属于空间碎片防护技术领域，主要是基于M/OD环境模型、防护结构弹道极限方程和失效准则，结合航天器轨道运行模型、姿态及任务风险要求，对在轨航天器遭遇M/OD碰撞风险进行分析和评估。

      科学评估M/OD对航天器的碰撞概率和失效概率，是决策航天器防护设计的重要依据。尤其是随着M/OD环境的日趋恶化，通过对M/OD碰撞风险仿真评估研究，以指导航天器防护结构设计，确保航天器在轨安全运行，其意义更显突出和重要。为此，北京理工大学研究人员在Matlab平台上，自主开发了M/OD碰撞风险仿真评估平台MODRASS（Meteoroid & Orbital Debris Risk Assessment and Shielding System），其计算结果已通过机构间空间碎片协调委员会（IADC）规定的标准工况校验，计算精度已经达到国内外先进水平。

      MODRASS在功能上可分为空间碎片风险评估和微流星体风险评估两个方面，具体包括M/OD环境模型、航天器建模、碰撞概率分析、失效概率分析以及航天器防护结构设计等功能模块。可实现的功能有：空间碎片碰撞/失效风险评估、微流星体碰撞/失效风险评估、航天器防护结构性能评价及航天器防护结构优化设计等。

      本期第34~38页刊登的学术论文“载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险仿真”，就是采用该平台对不同轨道高度、轨道倾角及航天飞船运行姿态下遭遇的空间碎片碰撞风险进行分析，获得了轨道高度、轨道倾角及运行姿态等因素对航天器遭遇空间碎片碰撞风险的影响特性，为航天飞船运行轨道参数及姿态选择提供了依据。封面采用论文中的相关图片，由严佳君设计而成。

（本刊记者   代丽）