5.5.1　Whipple防护构型

Fred Whipple于20世纪40年代首先提出了附加一个缓冲屏的防护结构构型，后人称之为Whipple防护构型（图5-7），其由一个铝防护屏（缓冲屏）、后墙（被防护结构）、间距构成。缓冲屏用于破碎来撞的M/OD，如果碰撞速度足够高，还将破碎后的粒子熔化甚至汽化形成碎片云，使入射空间碎片的动能在碰撞Whipple防护屏后被部分吸收和高度分散，降低对后墙的破坏。20世纪90年代前后，在Whipple防护构型基础上，为提高防护结构的防护性能，国际上发展了多种防护结构构型，比较成熟的构型有填充式防护构型、铝网双屏防护构型、多屏防护构型。

图5-7　Whipple防护构型示意图（见彩插）

当入射的空间碎片碰撞Whipple防护屏时，首先是材料发生碎裂、熔化甚至气化和产生等离子体，形成二次碎片云。随后二次碎片云在向航天器舱壁方向运动过程中不断扩散，导致能流密度逐渐减小，从而显著减弱了对航天器舱壁的碰撞破坏作用。大量地面超高速碰撞模拟试验表明，弹丸入射速度越高，Whipple防护构型的防护效果越好，当入射速度低于2 km/s或斜入时，防护能力显著下降，防护效果并不理想。Whipple防护构型在早期航天器对抗空间碎片的防护设计上得到了广泛的应用，如美国“阿波罗”号飞船、“天空实验室”空间站、俄罗斯“礼炮”号空间站等。