随着人类航天活动的增加,低地球轨道的空间碎片问题日益突出。这些人造天体在空间以平均10km/s的速度运动,相对于航天器的速度更高。与航天器一旦相遇,将发生严重的撞击。这类撞击属于超高速碰撞的范畴,后果极其严重,可能导致航天器部分功能的失效甚至任务终止,对于载人航天来讲,还对乘员的人身安全形成严重威胁。由于上述原因,长寿命、高可靠性、安全性要求的航天器在发射之前,就应该进行防护设计。Whipple防护是最基本的防护方案,而撞击极限方程则是评价防护方案的重要形式。设计一个得到撞击极限方程的实验方案是本文主要研究内容,本文按照下述内容展开。首先,通过对超高速撞击特性进行分析,详细考察了薄板穿孔、碎片云特性、中厚板成坑及双层板的撞击特性,对薄板穿孔特性进行数值模拟,并总结了国内外一些穿孔和成坑公式。其次,设计出Whipple防护结构撞击极限方程的实验方案。一是把防护结构分成防护屏和舱壁两层单板分别研究其撞击效应,再结合在一起作为整体结构研究;二是把防护结构作为整体结构,在舱壁后面放观测板,通过测量舱壁和观测板的损伤来描述弹丸破坏程度,观测板的形式分为一层中厚板和多层薄板。最后,通过已有的实验数据结合数值模拟得到的数据,用多元线性回归的方法得到拟合的撞击极限方程,并对拟合出的方程的线性关系进行显著性检验。