基于歷史軌道數(shù)據(jù)的空間碎片環(huán)境建模研究.pdf

1、空間碎片環(huán)境建模是一項(xiàng)復(fù)雜的、綜合性的工程項(xiàng)目，是保障在軌航天器的安全運(yùn)行，維護(hù)我國(guó)空間安全，保護(hù)空間環(huán)境必須研究的課題。本文結(jié)合歷史軌道數(shù)據(jù)，對(duì)空間碎片環(huán)境建模中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差傳播進(jìn)行了分析。論文的主要研究成果如下：
　　基于T-H方程研究了橢圓軌道初始誤差傳播。利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)理論研究初始誤差傳播，將軌道預(yù)報(bào)誤差看作空間目標(biāo)預(yù)報(bào)位置相對(duì)真實(shí)位置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；赥-H方程推導(dǎo)了同時(shí)適用于圓軌道和橢圓軌道

2、的顯式誤差傳播函數(shù)，得到了圓軌道和橢圓軌道上初始誤差的傳播規(guī)律。并對(duì)橢圓軌道近地點(diǎn)處誤差傳播的非高斯特性進(jìn)行了分析與修正。
　　確定了等面積空域劃分方案及空間單元編號(hào)規(guī)則和結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)。建立了等面積空域劃分方法的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合論文中采用的劃分方案對(duì)空間單元的編號(hào)規(guī)則進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)用于存儲(chǔ)空間單元信息的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　研究了空間碎片的空間密度模型與計(jì)算方法。在假設(shè)空間碎片的位置關(guān)于軌道高度、緯度及經(jīng)度的分布獨(dú)立的

3、基礎(chǔ)上，對(duì)空間密度函數(shù)進(jìn)行了研究，得到了空間碎片在高度、緯度和經(jīng)度上的停留概率函數(shù)，并根據(jù)工程應(yīng)用對(duì)空間密度函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化。對(duì)LEO區(qū)域和GEO區(qū)域的空間密度進(jìn)行驗(yàn)證，得到了與MASTER2005模型類似的結(jié)果。
　　研究了空間碎片的碰撞流量模型與計(jì)算方法?？臻g碎片的碰撞流量是目標(biāo)軌道在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)遭受到的空間碎片的碰撞統(tǒng)計(jì)，首先對(duì)一個(gè)空間單元內(nèi)碰撞流量的計(jì)算方法進(jìn)行了研究，然后擴(kuò)展到整個(gè)目標(biāo)軌道碰撞流量的計(jì)算。并對(duì)空間目標(biāo)在當(dāng)?shù)?/p>

4、水平面內(nèi)的碰撞幾何進(jìn)行了分析，得到了在當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)碰撞方位角的計(jì)算公式。對(duì)LEO區(qū)域的國(guó)際空間站和GEO區(qū)域的銀河通信衛(wèi)星受到的空間碎片碰撞流量進(jìn)行了數(shù)值仿真。
　　對(duì)空間碎片碰撞流量的應(yīng)用進(jìn)行了研究?；赥-H方程研究了空間碎片實(shí)際位置的散布情況，得到實(shí)際位置散布在以預(yù)報(bào)位置為中心的誤差橢球內(nèi)的結(jié)論，并對(duì)未來(lái)空間碎片瞬時(shí)分布進(jìn)行短期預(yù)測(cè)，驗(yàn)證T-H方程用于軌道預(yù)報(bào)的可行性。詳細(xì)分析了美俄衛(wèi)星碰撞事件對(duì)LEO區(qū)域空間碎片環(huán)境的影響