轨道参数对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险影响

采用自主开发的空间碎片风险评估及防护系统（MODRASS）,对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险进行仿真评估和分析,给出轨道倾角、轨道高度及运行姿态等因素对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险的影响特性。结果表明,载人飞船在不同倾角的轨道上遭遇空间碎片碰撞风险不同。在170°倾角轨道上,载人飞船遭遇的碰撞数最多,而在20060°及110°左右倾角的轨道上。载人飞船遭遇空间碎片碰撞的情况明显改善。不同轨道倾角下的碰撞风险差别可达10倍以上。载人飞船在不同轨道高度上遭遇空闻碎片碰撞风险差异很大,在轨道高度为1400km时,载人飞船遭遇空间碎片碰撞数最多;而在轨道高度为200km时,载人飞船遭遇空间碎片碰撞数仅410881个,相差两个数量级。此外,载人飞船以不同姿态运行时,遭遇空间碎片碰撞风险不同。且遭遇空间碎片碰撞的区域也出现明显变化。可以通过调整载人飞船的运行姿态减小空间碎片威胁。     

M/OD失效风险评估系统开发及标准校验

 论述了空间碎片失效风险评估在航天器设计中的重要性,给出了自主开发的空间碎片风险评估系统（MODRAS）总体框架及图形用户界面。MODRAS分为空间碎片风险评估和微流星体风险评估两大模块,每个模块又包括M/OD环境模型、航天器建模、碰撞概率分析、失效概率分析以及航天器防护结构设计等功能模块。除了环境模型模块外,其他各功能模块均为共享模块,即可同时应用于空间碎片风险评估与微流星体风险评估。针对机构间空间碎片协调委员会（IADC）指定的单位立方体、单位球体及简单航天器3种标准工况,将MODRAS分析结果与美国航空航天局的BUMPER系统、欧洲空间局的ESABASE系统、德国MDPANTO系统以及航天五院MODAOST系统等国内外同类软件分析结果进行比较。结果表明,在微流星体环境下,MODRAS与BUMPER程序失效数分析结果相差在4%以内;而在空间碎片环境下,失效数分析结果最大相差8%,校验了MODRAS的分析精度。此外,还给出了3种标准工况遭遇M/OD的表面失效数分布。     

在轨航天器空间几何遮挡算法

航天器空间几何遮挡算法是空间碎片风险评估的关键环节,遮挡算法的正确性对评估精度影响显著.针对空间碎片碰撞风险评估中航天器几何遮挡问题,基于计算机图形学Robefls算法和Z缓冲器算法,建立了一种算法简单、精度高、通用性强的几何遮挡处理方法及算法实现.针对航天器结构比较复杂的特点,提出了先对航天器实现舱段分解,在消除被遮挡面后,再进行合并的遮挡处理原则,并建立了航天器结构空间几何遮挡理论模型及算法流程.采用该算法对IADC规定的简单航天器标准工况进行了遮挡处理分析,得出了遮挡处理后不同方向下航天器的暴露面积.结果表明.不同方向下的航天器暴露面积是不同的,遮挡处理后IADC规定的简单航天器最小暴露面积仅为原来的38.91%.最大也只有原来的55.27%.可见,在不同运行姿态下,航天器暴露面积差别很大,改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

空间碎片防护结构效能评价仿真系统和应用

论述了流星体/空间碎片(M/OD)防护的重要性,给出了自主开发的空间碎片防护结构效能评价仿真平台总体框架.通过分析不同防护参数及碰撞参数条件下的防护结构效能,总结了防护间距、防护屏厚度、碰撞速度和碰撞角等参数对空间碎片防护结构效能的影响规律.针对基本的Whipple防护结构,碰撞速度V<3 km/s时,防护结构的防护效能不受防护间距变化的影响,碰撞速度v>3 km/s时.防护间距越大.防护结构的防护效能越好;Whipple防护结构的防护屏厚度越大.防护结构抗空间碎片撞击的能力越强.即其防护效能越好;在整个碰撞速度范围内(0～15 km/s),防护结构的防护效能呈现出3种不同的变化趋势,且防护结构的防护效能随碰撞角增大而提高.提出了一种波纹填充式防护结构,确定了可有效防护小尺寸空间碎片的防护设计参数.     

碰撞倾角对碎片云分布影响的数值模拟

研究超高速斜碰撞所形成的二次碎片云的分布特性. 采用SPH与Lagrange耦合的方法计算了靶板上的穿孔尺寸随碰撞倾角的变化,并在此基础上模拟了碰撞倾角对二次碎片云分布的影响. 计算结果与实验拟合结果表明,所采用的耦合方法可以很好地模拟穿孔尺寸和二次碎片云分布;当碰撞倾角增大到60°时,法线碎片云的质心轨迹与直线碎片云的质心轨迹明显分离,并且反跳碎片云中弹丸材料的粒子数目将显著增加.     

空间碎片探测雷达技术研究

本文阐述了空间碎片探测雷达技术研究现状及其重要性,指出了研制空间碎片雷达系统的技术困难,最后从如何提高观测效率、如何有效探测细小目标、如何对目标分类和精确定轨等技术层面对空间碎片探测雷达技术进行了叙述。     

超高速弹丸碰撞薄板产生碎片云的运动模型分析

为了准确地描述超高速碰撞薄板形成碎片云的运动特征,通过数值模拟结果与Swift,Piekutowski和Bless这3种碎片云模型结果进行比较,并对Swift模型进行了修正.结果表明: Piekutowski和Bless模型能较好地描述圆片弹丸所形成碎片云的运动;修正后的Swift模型能较好地描述球形弹丸所形成的碎片云的运动.     

超高速斜碰撞碎片云形态的研究

针对航天器的碰撞毁伤程度与超高速斜碰撞所产生碎片云的形态的关系,利用光滑质点流体动力学(sPH)方法研究了超高速斜碰撞所产生碎片云的形态.主要分析了碰撞参数,如弹丸速度、靶板厚度、弹丸直径对碎片云形态的影响.仿真结果表明,二次碎片云的膨胀速度以及膨胀尺寸随碰撞速度和弹丸直径的增加而增加,随靶板厚度的增加而减小.     

信号交叉口碰撞冲突分析及风险评估模型研究

针对信号交叉口的安全风险问题,对银川市3个城市交叉口的交通冲突情况进行了比较分析,指出有全红清空间隔交叉口的正交直角碰撞明显低于无全红清空间隔的交叉口.进一步利用4个设置和4个没有设置全红清空时间的交叉口每年平均发生的正交直角碰撞次数y和闯红灯违规比率nRLV以及速度离差vSD,开发了交叉口的正交直角碰撞风险评估模型.采用多元线性回归分析,给出了该模型的具体数学描述及风险评估分析,在设置全红清空时间的交叉口,nRLV的系数只有0.029,对交通安全风险没有实质的影响.在没有设置全红清空时间的交叉口,nRLV的系数为2.620,对正交直角碰撞有显著的影响.这说明,设置全红清空时间能有效地减少信号交叉口的正交直角碰撞.     

空间微小碎片探测器设计

所描述的空间微小碎片探测器采用PVDF压电薄膜作为传感器,所探测的目标为质量分布5×10~(-11)g(直径约3．3μm)～l×10~(-5)g(直径约200μm),速度分布2km/s～15km/s的空间碎片和微流星体,所测量的信息为空间微小碎片的质量、飞行速度和轨道信息以及空间微小碎片时空分布情况。     

沟谷泥石流灾害风险评价

泥石流风险评价是对泥石流灾害的预评估,在泥石流防灾减灾实践中具有重要的意义.为了进一步促进泥石流风险评价方法的应用,对以往的泥石流风险评价的研究成果进行总结,对沟谷泥石流风险性的评价体系,进行了系统的分析和概述.     

层次分析法在辽南泥石流危险度评价中的应用

辽宁省老帽山区是山地灾害严重区、频发区,文章应用层次分析法对灾害区的泥石流灾害诱发因素进行权重分析,认为暴雨是触发泥石流灾害的最主要因素。以南岔河流域泥石流沟为例,评价其危险度,结果与实际相吻合,该方法可以推广到对辽南泥石流其他泥石流沟的危险度评价中。针对泥石流灾害的发生,文章提出了一些措施建议,旨在为防治工作提供一些帮助。     

载人飞船遭遇M/OD失效风险评估及其防护设计

 采用自主开发的M/OD风险评估软件系统,对某载人飞船遭遇M/OD的失效风险进行评估分析,给出了不同舱壁厚度下载人飞船遭遇M/OD的失效风险分析结果及其表面失效数分布。载人飞船舱壁厚度为0.6cm时,遭遇M/OD碰撞的非失效概率为96.447%,而当舱壁厚度减小为0.3cm时,非失效概率仅为9.460%。由于空间碎片具有方向性,使得载人飞船遭遇空间碎片时,其两侧失效风险最大,微流星体的任意分布性使其失效数呈带状分布。本文还对载人飞船进行了防护结构设计,给出了不同防护下载人飞船失效风险分析结果。采用与0.6cm厚舱壁面密度相同的Whipple和SW防护结构进行防护时,载人飞船非失效概率分别为99.704%和99.924%。若采用波纹角为30°和60°的CSW防护结构,则其非失效概率可分别提高到99.939%和99.995%,显著降低了载人飞船失效风险。     

基于灰色关联度的舟曲小流域泥石流灾害风险评价

近年来,随着我国社会经济的迅速发展,城镇和农村基础设施建设亦如火如荼的展开,山区开发建设已成为常态。特殊的地形地貌、气候、地质条件及人类活动等诸多因素为地质灾害的发生提供了孕灾条件,而泥石流是最主要的灾害类型之一,该地质灾害对人民的生命和财产安全构成了巨大的威胁。为了做好防灾减灾工作,构建较为精确的泥石流风险评价模型极为迫切。本文基于舟曲县泥石流形成条件及特征并参照问卷调查结果,选取10个指标作为泥石流风险评价因子,利用灰色关联度方法构建了泥石流危险度评价模型,计算了各指标的权重并获得了各沟泥石流危险度；运用受威胁财产和人口构建评价模型,进而得到了各沟易损度值；通过危险度与易损度乘积建立风险度模型,得出各泥石流风险度结果,其中极高风险区占比27.27%、高风险区占比36.36%、中风险区占比18.18%、极低风险区占比18.18%。将计算结果和实际调查数据进行对比,发现两者结果基本吻合,表明该方法可靠实用,能够准确反映山区泥石流灾害的发生风险,为该类地质灾害的防灾减灾工作提供理论依据。     

兴宁乌石坑沟特大矿渣型泥石流灾害特征及危险性评价

广东省兴宁乌石坑沟是一条典型的矿渣型泥石流沟,物源规模巨大,泥石流频繁且危害性大,因此对其科学预测和危险性评价具有重要意义。在现场详细调查和大量测量的基础上,对该沟泥石流的成因机制及动力学参数进行了分析、计算。再通过对矿渣型泥石流各影响因子进行定量分析,选取堆渣规模、流域面积、渣堆稳定性等9个评价因子,建立基于层次分析法对泥石流危险度评价的数学评价模型,对研究区泥石流进行了危险性评价。研究表明,该沟泥石流危险度为0.626,属高度危险,评价结果与实际情况相吻合,可为乌石坑沟泥石流防治工程提供可靠的依据。     

基于GIS的云南省海子沟流域泥石流危险性评价

在分析研究泥石流灾害特征的基础上,指出海子沟泥石流的爆发主要受到松散堆积物、坡度、降水、地质、植被等因素影响.据此,建立起泥石流爆发危险性评价数据库、知识库和危险性评价数字环境模型.在ArcGIS的支持下对所选取因子进行详细分析,得到海子沟流域泥石流危险性评价图,为海子沟流域泥石流防治工程提供了重要的依据.     

马路沟泥石流危险度评价及防治方案

根据地质勘察资料,论述了马路沟泥石流的成灾条件,包括地形条件,物源条件,水源条件等方面,及泥石流基本特征,包括泥石流规模,泥石流的发展趋势.通过两种不同的方法分别对马路沟泥石流的危险度进行评价并对比分析,两者得到的结论基本吻合,马路沟属中度危险的泥石流沟,必须对其进行工程防治.通过对沟谷形态,物源总量,有无排导出口等多方面考虑,决定采用稳拦停淤的防治方案,以保护下游移民新村及省道的安全.