[发明专利]一种针对运载火箭发射前与空间目标交会评估的计算方法

说明书

本发明公开了一种针对运载火箭发射前与空间目标交会评估的计算方法，在给定的发射窗口时段内，筛选出符合条件的安全发射窗口时刻的计算方法，筛选条件为：运载火箭与所有空间目标之间的交会距离小于给定的安全阈值，针对运载火箭理论飞行轨迹特点和空间目标在在轨运行规律，本发明提出了一种利用运载火箭理论飞行轨迹在其发射前与空间目标开展交会评估的计算方法，该方法有效的解决了运载火箭发射前与空间目标交会评估对高时效性和高精度的需求。

技术领域

本发明涉及航天测量与控制领域，尤其涉及一种针对运载火箭发射前与空间目标交会评估的计算方法。

背景技术

随着人类航天事业的加速发展和航天活动的日益剧烈，在轨空间目标(航天器、火箭箭体和空间碎片等)的数量不断增加，空间碎片环境有进一步恶化的趋势。截止2020年12月，美国联盟太空作战中心所属SPACE-TRACK网站公布的可跟踪在轨空间目标总数接近21000个。据统计，有超过10万个直径大于1cm的空间目标在轨运行，直径小于1cm的的微小碎片则数以百万计。空间目标数量的急剧增加使其与进入空间的目标和已经在轨运行的目标之间发生碰撞的风险明显增加，对航天器的正常运行、运载火箭的发射和近地空间的可持续发展构成了严重的、持续的且广泛的威胁。航天史上已经发生多次空间目标之间发生碰撞的实例。例如，1996年7月24日欧空局Ariane火箭碎片撞断了法国Cerise卫星的重力梯度杆；2009年2月11日美国铱33号卫星和俄罗斯宇宙2251卫星发生相撞等。经计算可知，空间目标之间的碰撞速度一般可达每秒10千米，10克重量的空间目标与航天器碰撞产生的动能相当于小轿车以100千米每小时的速度撞击产生的动能，因此可以确定，厘米级以上的空间目标碰撞带来的危害是巨大的、不可承受的。

空间目标发生在轨碰撞，对太空环境造成的影响和破坏是长期性的。为了保持太空环境的长期可持续发展利用，世界各航天大国已经在空间目标碰撞评估及预测方面展开了行动。同时，为了在避免在发射过程中出现碰撞的风险，联合国和平利用外层空间委员会在《外层空间活动长期可持续准则》中建议：应该对拟发射的空间物体进行发射前的交会评估，以避免在发射期间与空间目标有可能发生碰撞的风险。

运载火箭发射前与空间目标的交会评估分析工作，就是针对给定的运载火箭发射窗口，利用其发射前的理论飞行轨迹，计算其与在轨空间目标之间的交会距离小于给定的安全阈值的情况。目前，大多数学者都是针对在轨运行航天器与空间目标之间的碰撞风险开展分析研究，而针对运载火箭发射前开展交会评估的研究较少。两者的不同之处在于，由于运载火箭的发射窗口一般都在半小时以上，按照1秒的时间间隔，则其对应的飞行轨迹就在1800条以上，开展运载火箭发射前的交会评估工作，就需要计算至少1800条飞行轨迹与所有空间目标的交会情况；而在轨运行航天器的飞行轨迹是相对固定的，因此其碰撞风险评估的计算量与前者相比要小得多，但两者的计算精度要求是相同的。此外，发射前的交会评估工作一般要求在1小时内完成。若仍采用传统的航天器碰撞评估方法开展运载火箭发射前的交会评估，是难以满足高时效和高精度要求的。

鉴于上述原因，本发明针对运载火箭理论飞行轨迹特点和空间目标在在轨运行规律，提出了一种针对运载火箭发射前与空间目标交会评估的计算方法，能够有效解决运载火箭发射前与空间目标交会评估对高时效性和高精度的需求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种针对运载火箭发射前与空间目标交会评估的计算方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

S1：在给定的发射窗口时段内，计算运载火箭在时间段内惯性坐标系下的空间位置；

S2：将运载火箭在WGS84坐标系下的空间位置转换为J2000惯性坐标下的空间位置；

S3：根据步骤S1中时段内空间目标J2000惯性坐标下的位置，挑选出与运载火箭位置时刻对应的空间目标位置；