空间碎片碰撞预警研究

介绍了空间碎片的分布和危害,阐明了航天器进行碎片预警规避的必要性,讨论了碎片碰撞预警技术中的关键问题,用已有的碰撞和规避实例对自行研制的软件进行了计算检验,结果证明了软件的正确性,也说明了国内进行碎片预警工作的可行性.

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.

超高速撞击压力容器后壁损伤实验及建模研究

采用地面模拟撞击实验与理论分析相结合的手段,对球形弹丸超高速正撞击圆柱形充气压力容器后壁损伤问题进行研究。首先应用二级轻气炮进行压力容器超高速撞击实验,获得了容器后壁损伤特性;然后基于线弹性断裂力学、弹性力学理论,在弹丸不同破碎模式下,将碎片云及气体冲击波对容器后壁的作用简化为局部均布冲击载荷对固支圆板的作用,建立了容器后壁损伤预报模型,并通过与实验结果的比较,验证了模型的有效性。确定了在碎片云与气体冲击波作用下容器后壁产生穿孔和裂纹的临界条件及尺寸;并在考虑容器壁曲率影响的条件下,获得了容器后壁发生灾难性破坏的临界条件。

航天器碰撞解体碎片分析软件SFA2.0及其应用

为了实现对航天器在轨解体事件及其碎片分布特性的快速分析,中国空气动力研究与发展中心(CARDC)开发了SFA(Spacecraft Fragmentation Analysis)软件。该软件主要基于CSBM航天器解体模型开发形成,同时集成了NASA的标准解体模型。SFA软件具有解体程度分析、解体碎片生成、碎片分布统计等功能,并可以实时显示计算结果、绘制统计曲线。文章着重介绍了SFA软件2.0版的功能模块、主要算法、界面及使用方法等,并针对Iridium 33-Cosmos 2251碰撞、Solwind P78航天器解体等在轨事件进行了分析。

空间目标轨道信息软件平台的建设

空间目标轨道信息是空间态势感知的重要要素,是空间碰撞预警、空间碎片环境模型和许多空间应用的基础。因而,空间目标轨道确定成为空间态势感知的主要任务之一。文章介绍武汉大学测绘学院正在开发建设的空间目标轨道信息服务软件平台,该平台拥有的主要功能有:利用多源数据的卫星/空间碎片轨道确定(包括初轨确定)与预报、大气质量密度模型精化、空间碰撞预警和半解析法快速精密轨道传播等。文章还针对软件平台功能的研究进展进行了综述,介绍了软件平台发展规划。

空间环境长期演化模型研究

伴随着人类航天活动,空间碎片的数量越来越多,对航天器的威胁日益凸显,对空间碎片环境的研究一方面在于提高空间监视能力,另一方面在于分析空间目标的运动特性,建立空间环境演化模型;分析国内外在空间环境长期演化模型方面的研究现状,以LEGEND模型和DAMAGE模型为例,对国外空间环境长期演化模型的机理进行研究,指出空间环境长期演化模型中的关键科学问题:空间目标碰撞解体特性、轨道长期预测和碰撞概率计算模型;阐述关键科学问题的研究现状,并分析了GEO区域的Kessler现象;展望长期演化模型的未来研究方向,举例分析针对特定区域、特定状况的空间环境演化问题;国内外对空间环境长期演化分析,得出结论:为了避免Kessler现象的发生,需进行空间碎片的清除工作。