空間環境對碎片碰撞預警和軌道演化的影響分析

《空間環境對碎片碰撞預警和軌道演化的影響分析》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由陳磊擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：空間環境對碎片碰撞預警和軌道演化的影響分析
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：陳磊
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

在軌空間碎片的數量不斷增加導致太空飛行器的碰撞風險不斷上升。空間環境因素會對高層大氣密度和動力學特性產生顯著影響，並直接影響軌道狀態和協方差的預報，這對空間碎片碰撞預警和軌道演化特性造成影響。本項目考慮空間環境對空間碎片碰撞預警和軌道演化的影響作用，對空間環境-軌道預報-碰撞預警相關問題進行研究。通過空間碎片的歷史軌道數據序列來對其軌道異常進行檢測，並分析軌道異常與空間環境事件的相關性。研究空間環境對空間碎片軌道狀態和協方差預報的影響作用，並研究空間環境變化對空間碎片軌道演化規律的影響。基於碰撞機率顯式表達式和靈敏度分析研究軌道預報誤差對空間碎片碰撞預警的影響作用，從虛警率和漏警率出發研究空間碎片碰撞預警的有效性問題。本項目的實施可促進空間環境和軌道觀測、動力學與誤差分析的交叉融合，可為提高我國空間碎片碰撞預警能力和有效性提供技術支撐，進一步完善我國的空間碎片碰撞預警套用系統。

結題摘要

本項目圍繞軌道演化和碰撞預警主要開展了四個方面的研究工作。首先在圓軌道情形下推導了用接近距離的RSW分量和接近幾何關係表示的碰撞機率顯式表達式，並分析了圓軌道和一般軌道情形下顯式表達式適用的偏心率範圍。其次通過分析軌道預報誤差的特性，提出了軌道預報誤差可以擬合成泊松級數的觀點，並給出了係數矩陣的計算方法，該觀點亦符合空間環境對軌道預報誤差長期和周期作用的耦合效果。再次根據碰撞機率的顯式表達式，分析了碰撞機率對接近距離的RSW分量、軌道誤差協方差和目標大小等參數的靈敏度，理清了諸影響因素的變化對碰撞機率變化的作用。最後基於碰撞機率的顯式表達式，定義了碰撞機率的安全區域和危險區域，給出了漏警率和虛警率的定義和計算公式，並在合理的假設條件下進行了簡化，得到了漏警率和虛警率變化的基本規律。以上四方面的研究工作落實了預定的研究計畫和研究內容，初步解決了兩個關鍵的科學問題。第一：泊松級數擬合的方法有效的解決了空間環境對空間目標軌道預報誤差影響的問題，把各種影響因素都綜合到了由多項式項和三角函式項組成的泊松級數中，同時描述了預報誤差長期和周期的特性。第二：解決了各種影響因素（交會幾何參數、位置誤差協方差和目標大小等）對碰撞機率的作用和碰撞預警有效性的問題。本項目達成了預定的研究目標，基本理清了空間環境、軌道預報誤差對空間碎片碰撞預警的影響。所取得的研究成果可以運用到航天任務分析、太空飛行器發射、太空飛行器安全運行和太空飛行器日常管理中，具有較高的工程套用價值。