人类空间活动频率的增加,空间碎片的数量也日益增长。空间微小碎片的高速撞击会导致航天器表面结构和部件的失效,是目前限制发展长期有效、安全可靠航天器的重要空间环境因素。本文利用激光驱动飞片技术和SPH数值模拟仿真技术实现了对空间微小碎片环境的地面模拟,对设计制备的SiO₂/AlN复合多层硬质薄膜在微小碎片超高速撞击下的损伤进行了研究,表征分析了高速撞击对航天材料造成的损伤,并进一步阐述了撞击损伤的过程和不同撞击参数对损伤造成的影响。本文设计了SiO₂/AlN多层复合结构薄膜,通过对损伤表面形貌的观察和数值模拟的分析,结果表明SiO₂/AlN多层复合薄膜对高速撞击起到了防护作用,且复合层数越多,抗侵彻性能越好。高速撞击在SiO₂/AlN多层复合薄膜撞击损伤为脆性断裂,在碎裂坑周围和薄膜表面存在延伸的裂纹。飞片速度和撞击角度会对撞击损伤结果造成影响。飞片速度增加,会导致损伤碎裂区和裂纹扩展区越大;撞击角度增大,会导致薄膜垂直损伤减小,径向损伤增大。本文选择三种典型的金属、无机非金属和高分子材料,进行高速撞击地面模拟实验,结果表明铝合金和聚酰亚胺薄膜会发生韧性断裂,石英玻璃产生脆性断裂,高速撞击产生局部的高温高压使材料发生熔化或汽化等相变现象。飞片尺寸、形态和靶板厚度也会对高速撞击的损伤结果造成影响。飞片尺寸越大,损伤区域越大。球形弹丸造成的损伤比片状弹丸的严重。靶板厚度增加会导致层裂现象的减弱。