[发明专利]大规模空间碎片分布演化的数值计算方法及系统

说明书

本发明提供一种大规模空间碎片分布演化的数值计算方法及系统，系统包括：空间碎片状态推演子系统、空间碎片碰撞/爆炸解体产生新碎片子系统、空间碎片运动状态三维显示子系统、空间碎片运动状态输出子系统和空间碎片演化结果处理子系统。本发明提供的大规模空间碎片分布演化的数值计算方法及系统具有以下优点：本发明提供的大规模空间碎片分布演化的数值计算方法及系统，能够对大规模空间碎片分布状态进行长期演化计算，能够动态三维演示碎片分布状态，提供了碎片分布状态数据的输出和处理分析功能，可以为航天器在轨运行空间碎片碰撞规避、空间碎片减缓措施制定以及确保空间资源可持续利用的重要的保障。

技术领域

本发明属于航天动力学技术和计算机技术领域，具体涉及一种大规模空间碎片分布演化的数值计算方法及系统。

背景技术

随着人类空间活动的日益增加，人为发射进入空间的物体不断增多，使得地球外部空间的物体数量迅速增加，在轨航天器受到的碰撞威胁也愈加严重。

据NASA空间监视网(SSN)的统计，地球同步轨道高度以下的大于10cm尺寸的空间物体数量达到15000多个，小于10cm尺寸的空间物体数量更多，粗略估计至少为400000个，致使地球外部空间达到了前所未有的拥挤状态。这些空间物体中，只有很少的一部分是在轨正常工作的航天器，大部分是由于发射任务、在轨航天器爆炸分解、在轨航天器碰撞分解产生的空间碎片。因此，这些在轨道动力学的约束下沿轨道绕地球自由运动的空间碎片，会挤占有限的空间资源，使得诸如近地轨道和静止轨道等区域可用的资源减少。同时，在大气阻力、地球非球形摄动以及太阳、月球三体引力等摄动力的作用下，自由无控的空间碎片轨道会随时间不断变化，当空间碎片轨道与正常工作航天器的轨道存在交点时，就会存在与航天器发生碰撞的可能，对正常工作航天器产生威胁。另外，航天器发生碰撞后，会进一步使空间碎片的数量增加，从而使得产生新的碰撞的可能性增加，进而产生更多碎片，对正常运行航天器产生更大威胁，这种链式的雪崩式效应，最终会导致航天器在轨运行的成本迅速增加，甚至会出现近地或同步轨道范围内航天器均无法生存的情况。

由此可见，大量空间碎片对航天器造成的碰撞威胁，将是人类空间活动面临的主要安全问题，如不加以管理，将导致航天器运行成本大大增加，甚至会使空间资源无法利用。有效的对当前空间碎片的运动分布状态进行预测分析，是航天器在轨运行碰撞规避、空间碎片减缓措施制定以及确保空间资源可持续利用的重要的技术保障。现有技术中，尚未出现有效的对当前空间碎片的运动分布状态进行预测分析的相关内容。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种大规模空间碎片分布演化的数值计算方法及系统，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种大规模空间碎片分布演化的数值计算方法，包括以下步骤：

S1，空间碎片状态推演子系统获取空间碎片的初始运动状态数据以及空间碎片受到的空间摄动力，并将所述初始运动状态数据以及所述空间摄动力输入到数值积分模型中；所述数值积分模型按照给定的时间步长进行积分推演，得到空间碎片未来运动状态数据；然后，采用所述空间碎片未来运动状态数据更新空间碎片当前运动状态数据；

S2，判断是否达到演化时间，如果未达到，将状态更新后的空间碎片运动状态和属性数据传输给空间碎片碰撞/爆炸解体产生新碎片子系统；

S3，所述空间碎片碰撞/爆炸解体产生新碎片子系统将所述状态更新后的空间碎片运动状态和属性数据输入到碎片解体模型中；所述碎片解体模型进行解体计算，得到空间碎片解体后产生新空间解体碎片的属性数据；并将所述新空间解体碎片的属性数据反馈传输到所述空间碎片状态推演子系统；

S4，所述空间碎片状态推演子系统将所述新空间解体碎片的属性数据以及已有的空间碎片的运动状态数据输入到数值积分模型中，再次按照给定的时间步长进行积分推演，得到空间碎片未来运动状态数据，如此不断循环S2-S4；直到达到演化时间，结束流程。