一种LSTM模型预测BC值的空间碎片无控再入预报方法

提出一种利用长短周期记忆(LSTM)神经网络模型动态预测无控再入过程中弹道系数(BC)值实现空间碎片高精度再入时刻预报。通过利用空间碎片两行根数(TLE)、简化通用摄动模型(SGP4)与公开的物体陨落时间作为实测数据样本，利用迭代修正BC值方法构建预测模型的训练集，由此构造用于预测BC值的LSTM模型预测BC，再采用高精度轨道外推动力学模型配合预测BC值预报再入时刻，结果表明基于LSTM模型预测BC的空间碎片再入时刻预报方法是可行的，在95%的置信度内，90天以上的再入时刻预报精度小于10%，30天预报精度小于8%。     

空间环境与航天器设计

航天器在空间遇到的不利环境可分为5类:真空、中性大气、等离子体、辐射和微型陨石及轨道碎片。它们都可能对在轨航天器产生不良影响。在特定情况下,这些影响还将十分严重,可导致航天器过早再入或损害其工程分系统,从而缩短航天器的使用寿命。因此,航天器的设计者在选择材料或确定机电分系统大小时必     

空间碎片防护研究最新进展

空间碎片对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁,对航天器的撞击事件频繁发生。随着空间碎片环境的日趋恶化,航天器的防护变得越来越重要。文章从空间碎片环境模型、撞击风险评估、航天器部件损伤、防护材料与结构的超高速撞击试验、撞击试验数据库建设、超高速发射设备、在轨撞击感知、机构间超高速发射设备交叉校验等方面对国内外空间碎片防护研究的进展进行了总结,并在此基础上给出我国未来空间碎片防护研究的发展建议。     

空间碎片环境与航天器可靠性

文章介绍了空间碎片环境、空间碎片对航天器可靠性的影响、空间碎片地面模拟试验技术,以及空间碎片的防护技术。     

微米级空间碎片粉尘静电模拟加速设备现状原理及发展现状

由于微米级空间碎片数量巨大,与航天器的碰撞频率碰撞概率很高,虽然单次撞击不一定造成航天器损坏,但其累积效应仍然会影响航天器的性能。超高速地面模拟实验是研究微米级空间碎片撞击效应最直接、最有效的手段,国外已发展了粉尘静电加速设备用于模拟微米级空间碎片的撞击效应。文章对粉尘静电模拟加速设备的原理和发展现状进行了介绍,并对该种设备的优缺点进行了分析讨论。     

CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展

超高速撞击试验是开展载人航天器及大型应用卫星空间碎片超高速撞击风险评估和防护设计的基础,作为我国航天器环境效应和可靠性工程验证部门的北京卫星环境工程研究所在这个领域做了大量的工作。文章介绍了二级轻气炮超高速撞击地面模拟试验技术、典型防护结构防护性能的超高速撞击试验验证、载人航天器外露材料超高速撞击特性、毫米级弹丸7 km/s以上超高速稳定发射技术探索、高性能防护结构研究等方面的若干近期进展。展望了我国空间碎片防护需求和地面超高速撞击试验研究的发展方向。     

空间超高速撞击碎片云前端速度的预测模型

文章利用一组二级轻气炮发射2017-T4 铝质球形弹丸撞击6061-T6单层铝板的地面试验数据,通过选择适当的函数模型,采用多元函数拟合的方法,得到了碎片云前端速度与靶板厚度、弹丸直径和弹丸速度关系的三元二阶多项式模型。再用另外一组数据对该模型进行检验,验证了其对碎片云前端速度具有较好的预测效果。将以上两组数据同样用于建立“无量纲化”模型进行碎片云前端速度预测,并与前述多项式模型的预测结果进行比较发现,该多项式模型预测的方均根误差及平均相对误差均明显优于“无量纲化”模型。该多项式模型可用于预测空间碎片撞击航天器产生的碎片云的前端速度,有助于航天器的空间碎片防护设计。     

探测微小空间碎片的MOS电容传感器设计研究

获得在轨微小碎片环境数据,是建立、检验和完善微小碎片环境模型不可缺少的手段。国内空间碎片研究工作的深入开展,须要研制适合搭载到航天器上的微小碎片探测器,以完成轨道空间的微小碎片的质量、尺寸、速度及飞行方向等参数的测量。微小碎片撞击到金属-氧化物-半导体(MOS)电容传感器,会导致传感器放电和充电,通过检测充电过程的电脉冲信号,记录微小空间碎片撞击事件,从而获得微小空间碎片通量。文章就探测微小碎片的MOS电容传感器设计及其地面高速粒子撞击模拟试验进行了研究,并验证其探测微小空间碎片的可行性。     

月地高速再入返回航天器时统设计及验证

月地再入返回航天器在第二宇宙速度下实现服务舱和返回器分离,返回器以半弹道跳跃方式准确地再入并着陆在预定回收区,为了保证返回器的导航精度,对返回航天器的时间精度有一定的要求。为此,文章提出适用于二级信息拓扑结构的多舱段航天器的器上时间维护系统(简称"时统")和相应的地面验证系统设计。通过理论分析和地面验证试验,并结合月地高速再入返回航天器真实在轨飞行数据分析,证明此时统设计能够在较长时间内使月地再入返回航天器的器上时间精度保持在较高的水平。     

空间碎片对航天器的撞击效果分析

空间碎片的急剧递增对航天器的安全运行构成了巨大的威胁.文章分析了空间碎片研究的现况,通过建模对空间碎片撞击的效果进行分析,并从撞孔、撞击裂缝以及穿透深度三个方面来论述空间碎片对航天器的破坏作用.     

载人航天器空间碎片防护与减缓设计

为降低空间碎片撞击所带来的威胁,文章针对某载人航天器进行了空间碎片撞击风险分析,并设计了空间碎片专用防护结构,制定了轨道规避策略;同时针对重点设备进行钝化设计,并采用寿命末期有控离轨制动方案。以上措施可有效实现空间碎片减缓。     

载人航天器月地返回再入问题研究

结合国外探月返回再入飞行的工程实践情况,对国外载人航天器月地返回再入几何约束、再入走廊约束、航天员过载限制约束,以及再入轨道、再入航程、再入方式和气动外形的选择策略进行了研究和分析。文章的研究结果可为我国载人探月及载人深空探测航天器返回再入设计提供参考。     

Satellite reentry predictions for the Italian civil protection authorities

In just 5 months, from September 2011 to January 2012, three campaigns of reentry predictions were carried out in support of the Italian civil protection authorities. The satellites involved were UARS, ROSAT and Fobos-Grunt, which received widespread attention for the marginal risk on the ground associated with their uncontrolled reentry. From the technical point of view, the three reentry campaigns offered the occasion to compare some semi-empirical thermospheric density models under varying solar and geomagnetic activity conditions, dealing with spacecraft characterized by quite different configurations, shapes, masses and attitude control. However, what made the experience substantially different from usual reentry test campaigns was the strict interaction with the civil protection community and the public. In fact, in order to provide understandable and unambiguous information useful for civil protection planning and applications, the nominal reentry time predictions were of no use, while a particular care was devoted to the definition of appropriate reentry uncertainty windows. The attention of the civil protection authorities was focused, of course, on the Italian territory, so the relevant question for any planning was the following: given a certain uncertainty window, where and when a fragment might have crossed the national airspace and hit the ground? In order to meet this demand, during the last 3–4 days of satellite residual lifetime, reentries where simulated over Italy to obtain quite accurate ground tracks, debris swaths and air space crossing time windows associated with the critical passes over the national territory still included in the current uncertainty window. This information was updated, if needed, but remained relatively stable and accurate until the reentry, not much affected by the actual trajectory evolution due to the varying air drag. In other words, it was easy to understand for people not familiar with orbital dynamics, unambiguous and remarkably stable, all qualities that made it very useful for civil protection applications. This paper presents the work done, the information issued to the Italian authorities, the results obtained and the lesson learned during the three above mentioned campaigns. They might be of some help and offer useful insights on reentry predictions for civil protection applications if really dangerous space objects were to decay from orbit without control in the future.     

空间碎片的温度特性分析

对空间碎片温度特性的分析,是利用红外传感器探测空间碎片的基础,也是研究航天器在轨安全的重要内容。文章对空间碎片接收不同辐射进行全面分析,研究其在轨运行情况,建立热平衡方程,完成对不同时刻其温度变化的计算,并绘制出温度变化曲线。结果表明空间碎片在轨道上不同位置有不同的红外辐射特性。该研究对利用天基空间探测器进行空间碎片的检测、识别,以及航天器的规避有参考意义。     

航天器跳跃式返回的再入动力学特性仿真

深空高速再入返回是航天返回技术面临的新问题。研究采用跳跃式返回方式解决高速再入产生的高过载、高热流峰值问题。建立了完整的航天器再入大气层飞行动力学模型;依据航天器跳跃式返回飞行剖面和返回飞行的运动特性,将再入大气过程划分为初始再入段、初次再入下降段、初次再入上升段、大气层外飞行段和二次再入段,详细研究了各飞行段航天器的动力学特性,简要分析了各阶段的制导任务。通过分析仿真结果,初步摸清了航天器深空飞行跳跃式再入动力学特性。     

飞船返回舱压力应急返回再入过程舱内大气参数分析

在引入五个假设条件的基础上，通过分析压力应急返回再入过程座舱复压的物理模型，建立了压力应急返回再入过程中座舱大气环境参数变化的亚临界流复压和超临界流复压数学模型。并利用某航天器的标准返回弹道参数，对该模型进行了验算。地面模拟试验数据与利用该模型进行的理论计算数据误差小于3％，满足工程精度要求。     

遗传算法在载人飞船返回轨道一体化设计中的应用

载人飞船返回再入轨道设计的主要任务是确定出标准返回轨道和再入制导规律。遗传算法具有全局寻优的特点，适合于工程设计的要求。文章探讨采用遗传算法实现飞船返回轨道的一体化设计，并给出飞船返回轨道设计步骤。     

A model for the evolution of the on-orbit man-made debris environment

A model for the evolution of the low Earth orbit man-made debris population is presented and the results of several test cases discussed. Debris sources include normal operations in space, explosions occurring on spacecraft in orbit, and collisions between objects in orbit; the stochastic occurrence of these deposition events is modeled using Monte Carlo techniques. A technique for discriminating between objects populating long-life vs rapid-decay orbits is discussed and applied to the analysis of debris contributions from collisions of comparable sized objects. In varying degrees, each of the cases presented indicate there is cause for concern for spacecraft and space operations from the 1990s onward-man-made debris will play a role which may vary from presenting a considerable hazard to certain operations or certain spacecraft to effectively prohibiting the use of certain spaceccraft or space operations.     

空间碎片减缓策略效果仿真

根据机构间空间碎片协调委员会(IADC)和欧空局(ESA)的空间碎片减缓要求,在建立航天发射、爆炸和碰撞模型,以及碎片演化机制的基础上,对常规发射(BAU)、禁止在轨爆炸(NO-EX)和全面减缓(MIT)三种空间碎片减缓策略条件下,对2000~2100年空间碎片环境进行了仿真计算。结果表明,禁止航天器在轨爆炸、对失效的卫星和火箭上面级实施离轨操作,以及在航天器的发射和运行中不产生或抛弃分离物等减缓措施是限制空间碎片数量增长的有效方法。     

A Technique for Estimating the Space Debris Density from the Data of Onboard Recording Systems

A three-dimensional mathematical model and a program complex for modeling the external effect of small-sized space debris particles on a spacecraft are developed. On the basis of the rectangular contributions method a new technique is developed for restoring the density of small-sized space debris from a small number of recorded debris collisions with recording sensors. From the form of the density function the total number of points having reached the spacecraft surface is restored. The comparative results of modeling are presented.