《考慮空間碎片防護的太空飛行器總體布局設計方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由梁彥剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：考慮空間碎片防護的太空飛行器總體布局設計方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：梁彥剛
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著空間碎片數目的急劇增加，太空飛行器在軌運行過程中所受到的空間碎片的影響越來越不容忽視，碎片防護成為太空飛行器設計與運行中必須考慮的重要因素。對於尺寸在厘米級以下的微小碎片，由於無法進行精確跟蹤和預警，最佳化太空飛行器總體設計方案和設定防護結構等方法是目前最為有效的防護手段。對國內外空間碎片環境模型進行比較分析，研究空間碎片分布特徵，並結合太空飛行器外形及運行軌道、姿態特點，深入開展太空飛行器與空間碎片的碰撞分析；考慮太空飛行器部件-整體的功能影響關係，基於損傷樹方法建立太空飛行器功能損傷評估模型，根據太空飛行器遭遇空間碎片碰撞後部件損傷程度，進一步完成太空飛行器整體損傷評估，給出碰撞風險指標；將空間碎片防護引入太空飛行器總體布局設計過程，以碰撞風險指標為重要影響因素，採用多指標綜合評價方法實現太空飛行器總體布局方案評價，採用智慧型最佳化算法實現布局參數最佳化。
結題摘要
隨著空間碎片數目的急劇增加，太空飛行器在軌運行過程中受到的空間碎片的影響越來越不容忽視，碎片防護成為太空飛行器設計與運行中必須考慮的重要因素。對於尺寸在厘米級以下的微小碎片，由於無法進行精確跟蹤和預警，最佳化太空飛行器總體設計方案和設定防護結構等方法是目前最為有效的防護手段。本項目研究了考慮空間碎片防護的太空飛行器總體布局設計方法。主要研究成果如下： 提出了太空飛行器與空間碎片碰撞機率計算方法，建立了空間碎片碰撞風險評估模型。（1）基於歷史觀測數據對空間碎片環境特徵進行深入分析，提出了空間碎片的空間密度分布、流量分布、速度分布以及碰撞方位角分布等計算方法；（2）以計算機圖形學的隱面消除算法為基礎，研究給出了一種遮擋處理算法，判斷某一單元在碎片來流方向是否被其它部分所遮擋。在格線化建模和遮擋處理的基礎上建立了風險評估模型，可有效評估太空飛行器與空間碎片的碰撞風險。 建立了太空飛行器考慮空間碎片碰撞風險的設備布局最佳化模型，提出了太空飛行器總體布局設計方案最佳化方法。（1）建立了太空飛行器空間碎片碰撞風險指標，提出了考慮空間碎片碰撞風險的設備布局最佳化模型；（2）以人造衛星艙二維圓形布局設計為背景構建太空飛行器二維布局最佳化模型。依據空間碎片風險評估模型建立太空飛行器在軌運行過程中的碰撞風險指標，然后綜合考慮空間利用率、平衡特性、空間碎片碰撞風險等指標進行太空飛行器的布局最佳化設計；（3）以立方星三維布局設計為背景構建太空飛行器三維布局最佳化模型。以多學科最佳化集成最佳化框架iSIGHT為基礎開發了太空飛行器三維布局最佳化軟體，綜合考慮平衡特性、空間碎片碰撞風險等指標進行太空飛行器的布局最佳化設計。 提出了基於多指標綜合評價方法的布局方案決策策略。（1）提出了智慧型Pareto過濾方法，減輕Pareto解集過大給決策者帶來的困難；（2）研究了布局方案綜合評價與決策流程，建立了布局方案多指標決策模型，解決了有限數目條件下的布局方案排序與優選問題。 項目研究提出了系統的在軌太空飛行器空間碎片碰撞風險評估方法，從空間碎片防護的角度提出了考慮空間碎片碰撞風險的太空飛行器總體布局設計方法，具有顯著的理論和實踐意義。 項目成果出版學術專著一部，在Journal of Spacecraft and Rockets, Advances in Space Research等上發表學術論文12篇，其中SCI收錄8篇、EI收錄4篇；在本項目支持下，2名碩士研究生順利畢業。
