大型低轨星座部署对空间碎片环境的影响分析

为分析大型低轨(low Earth orbit, LEO)星座部署对未来空间碎片环境的影响,本文利用空间碎片环境长期演化模型(space objects long-term evolution model, SOLEM)研究了大型星座卫星数量、质量、面积、部署高度及任务后处置(post mission disposal, PMD)策略等因素对碰撞次数和碎片数量的影响。分析可知,卫星数量和面积主要影响碰撞次数,而卫星质量主要影响由碰撞产生的新增碎片数量。在满足任务条件下,可综合考虑三者关系选取最合适方案。同时,星座部署在1 100 km高度对空间碎片环境影响较大,在遵守25年规则的前提下应将PMD成功率提升至95%以上。     

大型低轨星座部署对空间碎片环境的影响分析

为分析大型低轨(low Earth orbit, LEO)星座部署对未来空间碎片环境的影响,本文利用空间碎片环境长期演化模型(space objects long-term evolution model, SOLEM)研究了大型星座卫星数量、质量、面积、部署高度及任务后处置(post mission disposal, PMD)策略等因素对碰撞次数和碎片数量的影响。分析可知,卫星数量和面积主要影响碰撞次数,而卫星质量主要影响由碰撞产生的新增碎片数量。在满足任务条件下,可综合考虑三者关系选取最合适方案。同时,星座部署在1 100 km高度对空间碎片环境影响较大,在遵守25年规则的前提下应将PMD成功率提升至95%以上。     

卫星编队飞行碰撞预警策略仿真研究

针对近地圆轨道编队卫星碰撞预警问题,建立了仿真想定。提出了以拟最大瞬时碰撞概率为检测指标的碰撞预警策略,利用典型轨道仿真验证了策略的有效性。拟最大瞬时碰撞概率的计算,需要求解预警时间段内编队卫星间的最小距离和发生时刻。通过对距离平方的导数函数的分析,提出了一种变尺度直接逼近算法,用于寻找距离函数的极点,从而完成极小值的求解。对典型轨道的仿真结果显示：变尺度直接逼近算法能够完成距离函数最小值的求解。的研究成果将对卫星编队碰撞预警的工程化提供有益的参考。     

弹头飞行空间碎片碰撞概率建模与仿真

针对弹头飞行空间环境的日益恶化,建立了弹头与空间碎片碰撞概率的仿真模型。在分析空间碎片分布特征的基础上,根据建模需要描述了其数学运动规律,然后结合被动段弹道参数特点,推导建立了碰撞概率的数学模型。该仿真模型可以有效地计算出弹头在不同碎片密度环境下飞行的碰撞概率,并拟合出碎片密度与碰撞概率之间的关系曲线图。通过仿真计算证明了该模型的有效性,所得到的一些重要结论可为导弹武器的研制者和使用者提供一些借鉴。     

面向中小型碎片的卫星自主观驱规划仿真研究

针对目前地基探测系统无法对中小型碎片清晰成像的问题,提出了一种面向中小型碎片的卫星自主光学观测与驱离规划仿真方法。该仿真方法采用C++、QT、STK(satellite tool kit)进行联合设计,主要包含批量碎片生成模块、光学观测模块、碎片与卫星交会模块和自主驱离规划模块,可有效实现海量碎片数据的筛选,以及自主观测与驱离任务下的卫星姿态与驱离载荷的开关机时间的时序规划。最后,通过space-track网站和在卫星轨道周围批量生成碎片作为输入条件,有效验证了该仿真方法的可行性。     

基于立体视觉的空间碎片定位技术

空间碎片是在地球轨道上超高速运行的物体,安装在航天器上的空间碎片探测系统需要具备造价低廉、数据分析处理及时的特点。利用计算机双目立体视觉的基本原理,提出一种由2个红外探测器组成的空间碎片红外探测系统以及相应的空间点目标定位算法。根据2个红外探测器具有相同背景图像的特点,将图像减法用于背景剔除,以简化图像中空间碎片边缘提取算法。通过在2幅图像中提取空间碎片的边缘,导出了空间碎片中心像点在2幅图像中位置,并利用空间点目标定位算法给出了空间碎片在航天器固连坐标系中的位置。该系统不仅造价低廉,也实现了空间碎片的快速定位。仿真结果证明了系统及其定位方法的可行性。     

面向预警卫星调度问题的改进粒子群算法

针对预警卫星调度问题的特点,提出了改进型粒子群算法。首先构建了粒子整数编码和解码机制,使粒子编码对应资源分配方案;其次,采用基于优先级的粒子群初始化机制,提高算法对可行解空间的遍历效率;其次对运算符进行重定义,解决基本粒子群算法无法处理离散变量优化问题。最后将改进的离散分群粒子群算法应用于预警任务—资源的调度问题中,实验结果表明,同其它算法相比,该算法具有较高求解性能。     

空间预警系统任务分析/规划仿真环境

针对空间预警系统的任务分析和规划问题，使用基于ASPEN的表示建模语言建立起航夭系统的任务模型，将Pareto遗传算法、混合遗传算法等多种搜索算法，和卫星仿真软件STK集成在一起，建立了一个任务分析规/划仿真环境，并在其中进行了一些仿真分析研究，如预警卫星星座优化、预警卫星传感器调度等。     

柱形杆高速碰撞薄靶板的数值仿真

探讨了SPH数值仿真算法的基本原理及该算法的优缺点；采用该算法对柱形杆高速碰撞钢制薄靶板过程中的击穿、粒子飞溅及碎片云的形成进行了数值仿真；解决了四棱柱形钢杆SPH粒子单元模型的建立问题，分析了作用过程的物理机理；表明SPH算法适用于解决高速冲击动力学问题，模拟和预测材料在高速碰撞下的瞬态响应。     

小偏心率空间碎片天基短弧定轨方法和实验

低轨空间碎片数量巨大, 对航天器在轨安全运行造成严重影响。天基光学是空间碎片观测的重要发展方向。低轨天基光学观测平台观测低地球轨道空间厘米级碎片的观测弧段相对较短, 由单个观测弧段难以确定目标的初始轨道, 初始轨道的误差也不容易评估。本文基于可行域方法, 建立了初始轨道确定和误差估计算法。针对天基短弧光学观测数据的初始轨道不易确定的问题, 本文提出了圆轨道辅助可行域方法。通过与商业遥感卫星合作, 利用遥感视频星开展了低轨空间碎片观测实验, 并利用天基实测数据对所提出的计算方法进行了验证, 为后续利用初始轨道进行弧段间关联奠定了基础。