基于解体事件的空间碎片轨道演化算法研究

针对航天器解体事件所生成的空间碎片的演化过程,进行了数学分析,确定了新生成的空间碎片的速度增量,在该增量作用下碎片轨道会发生变更,本文根据该增量得出了空间碎片在轨道变更后的轨道根数,分析了在大气阻力摄动作用下,空间碎片的数目和轨道分布的演化情况,给出了相关结果,结果表明此算法可行.     

基于驻留时间比的近地空间碎片环境建模

为分析近地空间碎片的分布规律,提出了一种以碎片在空间网格内驻留时间为基础的碎片环境统计建模方法.该方法利用多项式拟合和求根方法统计碎片在空间网格内的停留时间,获取模型基础数据,并据此采用多项式预测、插值和时间序列分析等技术,综合分析空间碎片的分布与演化规律.给出了一个基于双行根数(TLE,Two Line Elements)数据的建模实例,该实例通过了ORDEM2000模型的对比验证,并获得了一些更精细的近地空间碎片环境特征.所得建模方法和分析结论可为长期运行的近地航天器轨道设计、碰撞风险评估及防护等提供技术支撑.     

空间站运行高度空间碎片的轨道特征

自1957年人类发射了第1颗人造地球卫星以来,世界各国共发射了大约5000多个航天器。在发射和运行过程中,航天器因被遗弃、破损、碰撞和爆炸而生成了大量的空间碎片,这些空间碎片严重威胁着在轨运行的航天器的安全。尤其是“国际空间站”,由于在轨运行时间长,遭受碎片碰撞的概率就更大。     

一种高效的计算机轨道寿命的方法

关于在大气阻力作用下卫星生存寿命的估计,提出了一种高效的数值方法,称为微分－积分法。它的实质是以轨道要素的平均变化率为基础的微分方程,而方程的右端包含定积分,与传统方法比较验证了此新方法的正确性,并且显示了它的极高效率,在诸如空间碎片减缓这种需要非常大量的计算卫星寿命的问题中,新方法的价值得到充分体现。     

地球静止轨道空间碎片的防护与轨道保护策略

地球静止轨道是人类在太空仅有的一条独特轨道,是重要的空间资源。近年来,地球静止轨道使用状况不容乐观,面临着诸多的问题,为此,机构间空间碎片协调委员会制定了针对地球静止轨道的保护策略。1概述航天技术的高速发展,不仅是一个国家地位和综合实力的体现,更是推动经济社会进步的强大动     

SGP4/SDP4模型用于空间碎片轨道预测的精度分析

为保证航天任务的顺利完成 ,必须采用一定的模型 ,对可能威胁目标轨道的空间碎片进行跟踪预测。文中首先给出标称轨道的计算模型 ;接着介绍两行轨道根数 (TLE)和考虑了简化常规 /深空扰动的近似解析解模型 (SGP4/SDP4) ,并提供TLE使用的坐标系和惯性系之间的转换 ;然后以典型轨道为例 ,分析SGP4/SDP4与标称轨道的偏差。运算结果表明SGP4/SDP4运算速度快 ,满足一定精度 ,可以用于空间碎片的轨道预测和初步威胁评估。     

空间碎片的空间密度算法研究

由于空间碎片的影响, 空间环境日益恶劣,有必要建立空间碎片环境工程模型对空间碎片撞击航天器进行风险评估.本文研究了空间碎片环境模型中的重要环节, 即碎片的空间密度问题,在统计理论与椭圆轨道理论基础上,分析及推导了空间碎片在空间中的分布状况及空间密度,并得出了碎片空间密度的空间坐标函数解析表达式.同时对引入假设条件的合理性进行了讨论,并利用双行元数据对结论进行了验证, 利用本文方法得出的结果与双行元数据吻合.     

基于航天器解体事件的空间碎片寿命算法

研究了针对航天器解体事件所生成的空间碎片的寿命计算方法.给出了基于NASA标准航天器解体模型的航天器解体算法.该算法生成的一系列碎片参数,将作为寿命计算的初始条件.总结了现有求解碎片寿命的算法,并提出了一种半分析算法.该算法运用平均根数法的思路,计算了在J2摄动项的影响下,碎片的半长轴和偏心率的变化率;并采用微分积分法预报半长轴和偏心率随时间的变化.为了适应时变大气模型,该算法限制了计算步长.通过与数值法的比较分析了算法的计算速度和精度.选用了3种大气模型:SA76、GOST和MSIS-00,分析了不同大气模型在计算碎片寿命之间的差异.通过与P-78卫星解体事件的实测数据对比验证了整个算法的正确性.      

一种基于微分代数的任意阶空间目标轨道传播方法及其分析

微分代数方法可以在不改变当前算法计算过程的基础上给出函数对自变量任意阶导数的精确值。本文给出了一种基于微分代数的任意阶空间目标轨道传播方法。本方法首先将初始微分代数代入轨道传播方程,然后用获得的高阶导数构造新的高阶微分代数。用新的高阶微分代数迭代前述过程可求解空间目标状态对时间的任意阶导数。最后,将任意阶导数代入泰勒展开公式求解空间目标轨道单步传播。本方法要求轨道传播方程采用的摄动力模型在轨道传播积分区间上是解析的。本文通过仿真分析验证了所提方法的有效性。     

地基激光清除空间碎片的策略

空间碎片的清除策略是实现地基激光主动清除厘米级空间碎片的关键技术之一.为了制定有效的清除策略,首先对在碎片轨道不同位置上速度分量的变化对其新轨道近地点高度的影响进行了研究,指明了3种不同速度分量变化的降轨效果的差异;然后结合地基激光的几何和物理特性,推导了确定有效变轨区域的约束条件;最后据此提出了地基激光以连续脉冲变轨方式清除空间碎片的通用策略,并通过仿真实验,实现了利用地基激光清除空间碎片的目的,也验证了该清除策略的有效性.     

空间目标碰撞预警中的一种高效筛选方法

在航天器碰撞预警工作中, 为节省计算时间, 需要从大量空间目标中筛选出 可能的危险目标, 计算碰撞概率等参量并进行风险评估. 通常采用的筛选方 法包括高度筛选、几何筛选和时间筛选三步, 不同文献中后两步筛选的算 法略有不同, 同时各方法均难以实现预报三天的快速碰撞预警. 本文通过充 分考虑一阶摄动项对目标轨道的影响, 改进了时间筛选算法, 并在其后增加 了距离筛选, 将筛除比例从通常的大约99%提高到99.97%, 为实现快速碰 撞预警工作提供了理论支持. 通过对实测数据的计算比较, 验证了方 法的正确性及高效性.     

J2摄动下小推力碰撞规避轨迹优化方法

碰撞规避问题已逐渐成为相关领域的研究热点之一。在J2摄动环境下,讨论了小推力卫星最优碰撞规避机动设计问题,并提出了卫星碰撞规避和返航机动过程的高效算法。碰撞概率的计算是在地心惯性坐标系中进行的,而能量和燃料的最优控制计算则是通过对碰撞概率进行约束来实现的。不同于脉冲机动,本文考虑了J2摄动以观察其对小推力机动设计最优控制的影响。采用协态变量初值归一化方法有效提高了间接法求解燃料最优碰撞规避问题的效率。文中给出了有无J2摄动条件下的能量和燃料最优控制的仿真结果,并进行了比较。结果表明了本算法的有效性,在该算例下,当考虑J2摄动时,预计燃料消耗比不考虑J2摄动时节省约22.3%。     

Accurate orbit predictions for debris orbit manoeuvre using ground-based lasers

Orbit manoeuvre of low Earth orbiting (LEO) debris using ground-based lasers has been proposed as a cost-effective means to avoid debris collisions. This requires the orbit of the debris object to be determined and predicted accurately so that the laser beam can be locked on the debris without the loss of valuable laser operation time. This paper presents the method and results of a short-term accurate LEO (<900 km in altitude) debris orbit prediction study using sparse laser ranging data collected by the EOS Space Debris Tracking System (SDTS). A main development is the estimation of the ballistic coefficients of the LEO objects from their archived long-term two line elements (TLE). When an object is laser tracked for two passes over about 24 h, orbit prediction (OP) accuracy of 10–20 arc seconds for the next 24–48 h can be achieved – the accuracy required for laser debris manoeuvre. The improvements in debris OP accuracy are significant in other applications such as debris conjunction analyses and the realisation of daytime debris laser tracking.     

航天器相对导航与控制技术的典型任务

在空间交会对接、在轨服务、近距离目标监视以及航天器编队飞行任务中,通常需要通过相对导航与控制技术对相互邻近的航天器进行控制.回顾了该领域典型的空间任务,特别关注任务、相对导航与控制方法、相对测量设备、推进系统等主要特征,并总结了该项技术的发展趋势.     

天基激光移除空间碎片仿真平台研究与开发

为了从空间碎片和天基移除系统两方面分析激光驱动碎片变轨过程,优化移除任务规划和策略,基于真实的可观测空间碎片数据,设计并开发了一套天基激光移除空间碎片三维数值仿真平台。首先从总体设计出发,对三维数值仿真平台的需求分析、总体框架、模块功能进行了明确的描述。其次通过对激光驱动空间碎片变轨过程数学模型的分析,确定了各模块的具体实现方法。最后采用C++/Qt开发了三维数值仿真平台,通过仿真验证了设计平台的有效性。该仿真平台可用于不同天基平台和目标碎片的任务规划、碎片分布热点区域和航天器防护区域的方案设计及空间环境治理体系的优化设计。     

电离层参数行为的相轨道表示及其新的预测模型

以不同时间尺度的电离层参数时间序列重构的相轨道,表征了该参数的复杂行为,并由此提出了参量预测的相空间相似及回归模型。两模型用于海口(20°2'N,102°20'E)f₀F₂和M(3000)F₂的预测,取得了满意的结果。     

J2轨道模型对月地激光通信预瞄准精度影响研究

基于J_2轨道预测模型,设计了不同倾角和轨道高度圆轨道月球卫星,通过将J_2轨道预测模型预瞄准仿真结果与直接积分RKF7(8)法仿真结果相对比,研究了不同类型月球卫星轨道对-Y面卫星舱板激光通信终端瞄准精度的影响。仿真结果表明,J_2轨道预测模型可以满足月球极地卫星月地激光通信要求,当轨道高度为1 000 km和2 000 km的时候,10 min方位角偏差不超过40μrad,而俯仰角偏差仅为7μrad时,在一定程度上J2轨道预测模型可以满足月地激光通信预瞄准要求。