空间物体解体碎片云的长期演化建模与分析

空间碎片云由空间物体解体产生的大量空间碎片组成,由于其相对集中地分布在有限的空间内,将会对临近航天器产生较大的碰撞威胁。为了分析解体碎片云长期分布特点,文章首先利用数值积分方法对空间碎片云短期分布规律进行了研究;在此基础上,针对处于环状分布的碎片云,根据碎片所在的轨道高度和具有的面质比值,将碎片划分到不同分组,以每个组作为研究对象,建立了描述碎片云在大气阻力作用下的解析演化模型。模型避免了对单个解体碎片的运动状态进行积分,可大大降低对计算资源和计算时间的需求。考虑在高度为1422km 圆轨道上运行的物体,解体产生了1780个碎片,利用解析演化模型得到碎片云未来50年内的演化分布状态。数值结果表明,碎片云的峰值密度在解体物体轨道高度附近,并在大气阻力作用下向更大高度区间内扩散;较低高度区间内碎片密度具有先增加,然后在大气阻力作用下不断减少的特点。

Modeling and analysis on the long-term evolution of the space debris cloud

Aspacedebriscloudconsistsofnumerousbreakupfragmentswhichareoriginatedfromaninstinctspaceobject.Asthebreakupfragmentsareinaconcentrateddistribution，thosespacecraftintheneighborhoodofthebreakupobjectswillfaceaseriousthreatofcollision.Inordertoevaluatethelong termevolutionofspacedebris，thepropagationofspacedebriscloudforashort termperiodwasanalyzednumerically.Basedonthestabledistributioncharacteristicofthedebriscloud，fragmentsweredividedintoseveralgroupsaccordingtotheirorbitalheightsandarea massratios.Thelong termdistributionundertheperturbationofatmospheredragwasdescribedbyananalyticevolutionmodel.Comparing〖JP2〗withallthefragmentspropagatingindividually，theanalyticmodelwasmoreefficientandlesstime consuming.Theevolutionofabreakupdebriscloudconsists1780breakupfragments，andwasobtairedforthenextfiftyyears.Resultsshowthatthepeakspatialdensityofthedebriscloudisaroundtheheightofthebreakupobjectandwillspreadintoabroaderheightintervalcontinuously,andthefragmentsinthelowerheightintervalwillfirstlyincreaseandthendecreaseundertheperturbationofairdrag.