一种计算碰撞概率的分析解

碰撞概率的大小表征航天器相遇过程的危险程度,碰撞概率是航天器规避机动策略制定的参考依据.如果两个飞行器的相对速度很大且相遇过程很短,相对运动可近似为线性运动,这样就可以将三维概率求解问题转化为二维概率问题.这类的碰撞概率求解通常应用数值计算方法.基于概率积分推导一种碰撞概率计算的分析解,能有效降低计算量并不损失太多精度.最终给出模拟算例验证分析解的准确性.     

基于拉普拉斯变换的空间目标碰撞概率计算方法

碰撞概率是空间碎片碰撞预警中评判碰撞发生可能性大小的重要依据,对航天器机动规避具有重要意义。基于拉普拉斯变换的碰撞概率计算方法利用拉普拉斯变换以及幂级数的定义,推导了在短时间接近情况下碰撞概率的幂级数表达式,分析了碰撞概率的截断误差并确定了在不同精度要求下的幂级数项数。针对2009年美俄卫星的碰撞事件,将基于拉普拉斯变换的碰撞概率计算结果与Chan方法、Monte Carlo方法的计算结果进行比较,验证了基于拉普拉斯变换方法在计算精度上的优势。      

空间目标预警阈值确定分析

针对目前通常采用计算碰撞概率来进行空间目标碰撞预警的方法,为提高其评判标准的精度以达到提高航天器精准预警的目的,分析了目前空间目标碰撞概率阈值确定过程的总体框架.对阈值确定过程中所涉及的误差协方差矩阵确定方法、碰撞概率计算以及碎片通量计算方法进行了研究.以国际空间站（ISS）为例,通过计算其所在空间的碎片通量,分析其轨道受空间环境的影响情况,并与早期结果进行比较,得出其以往的碰撞概率阈值可能被高估的结论.      

Chebyshev不等式在空间碎片碰撞概率置信度中的应用

空间碎片的碰撞预警与规避能有效避免碰撞事件的发生.碰撞概率是碰撞预警的主要判据,也是航天器规避机动决策的主要依据.由于计算碰撞概率的各相关参数带有误差,导致计算得到的碰撞概率值并不准确,难以做出规避机动决策,因此评估碰撞概率值的可信程度是亟需解决的问题.本文给出了一种碰撞概率置信度的计算方法,利用各影响参数的标准差,通过误差传递的方法计算碰撞概率的标准差,结合单边Chebyshev不等式,给出碰撞概率值大于10-4阈值时的置信度,并结合实际案例进行了分析.      

利用精化误差进行危险交会分析

空间碎片碰撞预警工作主要针对的是可监测的较大空间碎片, 预测航天器与碎片之间的碰撞风险, 并根据一定的预警判据来评估风险的大小, 进而做出合理的轨道规避决策. 碰撞概率是碰撞风险评估的重要依据. 复合体尺寸、交会距离和误差是影响碰撞概率的三个决定性因素. 当复合体尺寸与交会距离差别不大时, 误差因素对碰撞概率结果起着决定性的作用. 在利用整天误差计算碰撞概率的基础上, 提出了利用精化误差计算碰撞概率的方法, 在危险交会分析中取得了良好的效果.      

防止微流星击穿航天器舱壁的可靠性设计

本文扼要介绍了近地宇宙空间流星物质的环境及流星物质与航天器碰撞概率和结构破坏计算。从可靠性设计出发,提出了解决的方法。     

航天器与短期空间碎片云碰撞概率算法

讨论了航天器与碎片云碰撞概率的提法,介绍了不同碰撞概率间的转换方法。在航天器轨道和碎片云中心轨道都确定情况下,研究了碰撞概率的一般算法;并根据C-W方程推导了只在短时间内有效的简化碰撞概率算法。最后通过蒙特卡洛法验证了简化算法的正确性。     

空间碎片预警中的碰撞概率方法研究

由于空间碎片对飞行在地球轨道上的航天器危害日益严重,所以必须采取一些有效的防护措施,对于那些直径大于10 cm的碎片,通常是采用主动规避的方法来进行防护.为了避免传统的Box判据造成的过多错误预警,碰撞概率模型开始被应用于空间碎片预警,本文以空间站为例,将碰撞概率方法与传统Box区域判定法进行比较,介绍碰撞概率计算模型的建立方法,基于位置误差矩阵的碰撞概率Pc的算法,并针对实际交会事例进行了计算和分析.      

空间碎片及其危害

围绕地球轨道的人造物体的数量日益增加,促使航天器的运行和飞行任务计划必须考虑到有碰撞的危险,特别对于载人飞行尤为重要。文内推演了空间碎片未来发展的情况和碰撞概率。空间飞行物体数目的进一步增长,必将导致和加快碰撞链式反应过程。     

航天器寿命末期离轨技术研究综述

为净化空间环境,针对航天器寿命末期离轨问题,对现有航天器离轨技术进行了分析。介绍了航天器寿命末期离轨技术的国内外研究发展现状,总结了不同类型离轨方式的特点及适用对象,分析了各种离轨方式发展趋势及关键技术,提出了航天器寿命末期离轨技术各离轨方式的发展建议。通过调研发现：现有航天器寿命末期离轨技术可使航天器在25年内离轨,但在离轨装置可靠性、离轨过程稳定性、航天器离轨时间及离轨后处理等方面有较大提升空间。     

空间目标碰撞概率的显式表达式及影响因素分析

在圆轨道情况下推导了空间目标碰撞概率的显式表达式,将碰撞概率表示为空间目标交会几何条件(过交线高度差、过交线时间差、轨道夹角等)和RSW坐标系误差方差的显式函数.根据显式表达式对碰撞概率的影响因素进行了分析,研究了过交线高度差、过交线时间差、轨道夹角、位置预报误差、等效半径等因素对碰撞概率的影响,得出了一些有意义的结论.     

交叉航路航空器碰撞风险评估

在与经典的Reich模型进行比较后,对一种基于事件的交叉航路航空器碰撞风险模型进行了改进,补充考虑了处于平飞阶段的航空器因在垂直方向上相对运动而导致的碰撞风险.分析了其水平碰撞概率较Reich模型所得结果保守的原因,采用蒙特卡洛仿真的方法产生了两架航空器之间的相对位置误差数据,针对多个概率分布模型进行了拟合,比较了不同概率分布模型对航空器碰撞风险的影响.结果表明:代表严重误差的尾部数据直接决定了航空器碰撞风险,但因为其数据较少,所以除广义帕累托分布外,其他分布都不能很好地对尾部数据进行拟合.     

Methods of spacecraft impulsive relative hovering and trajectory safety analysis

Based on the analytical solutions of T-H equations and its state transition matrix form,the open-loop control method of spacecraft impulsive relative hovering was studied,which is promising for practical engineering use.The true anomaly intervals of the hovering impulse were optimized by the nonlinear mathematical programming.Based on the calculation of collision probability,the method of safety analysis and risk management was proposed.The numerical simulations show that the introduced relative hovering method can be used for circular and elliptical reference orbits hovering.Furthermore,the local optimal solution can be obtained by applying the true anomaly intervals optimization method.The maximum collision probability and the minimum relative distance nearly appear at the same time.And,the smaller the relative distance is,the larger the collision probability.     

故障模式下的空间交会防撞设计

  针对轨道平面内某一方向发动机失效的情况,利用控制力的耦合效应,设计了航天器轨道转移的控制律。利用碰撞概率分析航天器发生碰撞的可能性,并结合燃料消耗选择一条碰撞概率小于给定的警戒值且燃料最优的转移轨道。最后通过仿真验证了发动机失效情况下的主动防撞机动控制律的有效性。     

Assessment of the close approach frequency and collision probability for satellites in different configurations of large constellations

The Earth orbital environment is drastically changing due to an intensification of the space activities. In particular, several projects of large constellations, proposed for the next years for communications purpose like global internet access, Internet of Things, or for Earth observations, will lead to the deployment of several thousands of new satellites at an unprecedented rate. It is a crucial challenge for space traffic management, which will deal with a great number of satellite conjunctions, potentially causing a collision with damaging consequences for the constellation itself and the space environment sustainability.In this paper, we investigate the close approach frequency and the cumulative collision probability for each referenced constellation. For this purpose, we compute the orbital evolution of satellites in different constellations during the lifecycle, from the deployment to the decommissioning, and we apply the CUBE algorithm and the Foster method to assess the collision probability with the background space debris population assuming a constant uncertainty in position. We show the variation of risk defined by the close approach frequency and the cumulative collision probability as a function of the proposed configuration. In particular, satellites of the Iridium and Kuiper constellation, but also satellite of the Telesat constellation on polar orbits are the most exposed at a collision. Moreover, the decommissioning phase contribute for a major part to the final cumulative collision probability.