爆炸解体空间碎片建模方法研究

摘要

空间碎片是人类航天活动的不利因素之一,时刻威胁着在轨航天器的安全运行。所以有必要研究空间碎片问题,建立空间碎片环境模型,用于分析当前空间碎片环境、预测未来碎片环境的发展趋势,为航天器防护设计、风险评估和制定空间碎片减缓措施服务。空间碎片源是建立空间碎片空间模型和研究其建模方法的基础,有效而准确的空间碎片源可以为空间碎片环境模型提供有力的数据支持。而在国内以往的相关研究中,多偏重于空间碎片模型的算法,而对于空间碎片源的研究相对较少。基于上述背景,本文依据公开发布爆炸事件记录构造爆炸解体碎片信息库,初步建立爆炸解体碎片空间碎片模型,为建立空间碎片环境模型提供一部分近似数据源。首先,结合了EVOLVE4.0爆炸模型与轨道长期摄动理论,对爆炸解体空间碎片空间密度的建模方法进行研究。并且针对微小碎片轨道长期演化计算量大的问题,提出了类似于有限元的空间网格法以减小计算量。其次,依据NASA公开发布的第13版在轨爆炸事件记录,归纳了在轨爆炸事件的特征,并模拟了2004年以前的在轨爆炸事件,初步建立了在轨爆炸解体碎片库;并且将在轨爆炸解体碎片库中的碎片进行长期轨道演化,经计算得到了2004年1月的爆炸解体空间碎片空间密度分布。最后,将本文计算的爆炸解体空间碎片的空间密度分布与MASTER输出的相应结果进行比较,分析了二者的异同。在此基础上,提出了下一步亟待解决的问题。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景、意义

1.1.1 空间碎片环境概述

1.1.2 空间碎片环境对航天活动的危害

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 本文的主要研究内容

第2章 空间碎片生成和演化机制

2.1 引言

2.2 空间碎片的产生

2.3 空间碎片的来源分类

2.4 空间碎片环境演化模型——MASTER2005

2.4.1 MASTER 2005 的碎片源模型

2.4.2 MASTER2005 数据处理

2.4.3 MASTER2005 模型空间密度的构造

2.5 本章小结

第3章 爆炸解体空间碎片空间密度的建模方法

3.1 引言

3.2 爆炸解体空间碎片模型建模方法概述

3.3 对解体爆炸事件的模拟

3.3.1 爆炸模型解体碎片的尺寸分布

3.3.2 爆炸模型解体碎片面质比的分布

3.3.3 爆炸模型中速度增量的分布

3.4 轨道长期演化

3.4.1 半长轴随时间的变化

3.4.2 近心点角距随时间的变化

3.4.3 偏心率随时间的变化

3.5 长期演化的处理方法——空间网格法

3.6 空间碎片的空间密度

3.7 本章小结

第4章 爆炸解体空间碎片空间密度分布

4.1 引言

4.2 在轨爆炸事件记录

4.3 在轨爆炸解体空间碎片的空间密度分布

4.4 与MASTER的输出结果产生差异的原因

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢