航天器无控再入解体非规则碎片散布范围分析研究
发布时间：2021-03-04 01:19
针对服役期满大型航天器在无控情况下再入大气层解体过程及再入点难以提前预测,再入解体后生成的碎片可能造成地面伤害等问题,采用基于空间方位角的碎片有限分组策略与飞行姿态角随机统计模拟技术,提出非规则碎片几何分类与质量分布模型及地面散布范围可计算建模方法,结合气动特性当地化快速算法和三自由度弹道方程,建立了空气动力融合弹（轨）道高精度数值积分碎片运动散布范围统计计算方法,初步实现了对航天器无控再入解体碎片的全程跟踪模拟。结果表明:解体点弹道倾角对碎片散布范围影响很大,散布区域整体呈细长条状,纵向达数千公里,横向仅为百余公里,质量越大的碎片航程越远。
【文章来源】：载人航天. 2020,26(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
各类碎片的数量与质量关系
根据第2节航天器再入多次解体后产生的大量碎片存活坠落地面散布范围可计算模型方法,对航天器解体后的碎片进行气动融合弹道的全程模拟。本文以数值预报某大型航天器再入为例,其解体点位置为北纬42°,东经0°,海拔高度100 km;解体点速度为7500 m/s,朝向正东;弹道倾角为0.1°;碎片总质量为200 kg。对该航天器无控再入解体碎片散布范围计算分析,图2、图3分别绘出碎片在地面散布的数量与质量分布。可以看出,在该给定初始状态下,解体碎片的纵向散布范围可达5 000多公里,而且碎片质量越大,其数量也就越少,航程也就越远。这是因为在再入环境主要受重力和空气动力影响,空气动力与尺度平方(横截面积)正相关,而重力与尺度立方(体积)正相关。在尺度减小时,重力下降得更快,相对而言,空气动力对碎片运动的影响就逐渐增大。图4绘出特征尺度为0.1 m的片状碎片在地面的分布范围。计算表明,由于考虑到了飞行姿态的随机性,碎片在横向也会散开,但横向航程较纵向航程小很多,宽度约为100 km。图3 解体碎片在地面的质量分布(φ=0.1°)
解体碎片在地面的质量分布(φ=0.1°)
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天器碰撞解体碎片分析软件SFA2.0及其应用[J]. 兰胜威,柳森,任磊生,李毅,黄洁. 航天器环境工程. 2016(05)
[2]空间物体解体碎片云的长期演化建模与分析[J]. 张斌斌,王兆魁,张育林. 中国空间科学技术. 2016(04)
[3]大型航天器再入陨落时太阳翼气动力/热模拟分析[J]. 梁杰,李志辉,杜波强,方明. 宇航学报. 2015(12)
[4]无控航天器与空间碎片再入的工程预测方法研究现状[J]. 胡锐锋,龚自正,吴子牛. 航天器环境工程. 2014(05)
[5]Space Debris Reentry Analysis Methods and Tools[J]. WU Ziniua,*, HU Ruifenga, QU Xib, WANG Xiangb, WU Zhea aSchool of Aerospace, Tsinghua University, Beijing 100084, China bChina Academy of Space Technology, Beijing 100094, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2011(04)
[6]箔条云跨流域整体气动特性计算研究[J]. 李志辉,梁杰,李四新,王鹿受. 空气动力学学报. 2011(01)
[7]空间碎片再入烧蚀预测与地面安全评估软件系统[J]. 胡锐锋,吴子牛,曲溪,王翔. 航空学报. 2011(03)
[8]航天器撞击解体碎片的短期危害评估[J]. 李怡勇,沈怀荣,李智,周伟静. 宇航学报. 2010(04)
[9]箔条云整体运动性能建模研究[J]. 李志辉,王鹿受. 系统仿真学报. 2009(04)
硕士论文
[1]载人飞船返回舱高空稀薄气动特性研究[D]. 戴金雯.国防科学技术大学 2004
本文编号：3062306
【文章来源】：载人航天. 2020,26(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
各类碎片的数量与质量关系
根据第2节航天器再入多次解体后产生的大量碎片存活坠落地面散布范围可计算模型方法,对航天器解体后的碎片进行气动融合弹道的全程模拟。本文以数值预报某大型航天器再入为例,其解体点位置为北纬42°,东经0°,海拔高度100 km;解体点速度为7500 m/s,朝向正东;弹道倾角为0.1°;碎片总质量为200 kg。对该航天器无控再入解体碎片散布范围计算分析,图2、图3分别绘出碎片在地面散布的数量与质量分布。可以看出,在该给定初始状态下,解体碎片的纵向散布范围可达5 000多公里,而且碎片质量越大,其数量也就越少,航程也就越远。这是因为在再入环境主要受重力和空气动力影响,空气动力与尺度平方(横截面积)正相关,而重力与尺度立方(体积)正相关。在尺度减小时,重力下降得更快,相对而言,空气动力对碎片运动的影响就逐渐增大。图4绘出特征尺度为0.1 m的片状碎片在地面的分布范围。计算表明,由于考虑到了飞行姿态的随机性,碎片在横向也会散开,但横向航程较纵向航程小很多,宽度约为100 km。图3 解体碎片在地面的质量分布(φ=0.1°)
解体碎片在地面的质量分布(φ=0.1°)
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天器碰撞解体碎片分析软件SFA2.0及其应用[J]. 兰胜威,柳森,任磊生,李毅,黄洁. 航天器环境工程. 2016(05)
[2]空间物体解体碎片云的长期演化建模与分析[J]. 张斌斌,王兆魁,张育林. 中国空间科学技术. 2016(04)
[3]大型航天器再入陨落时太阳翼气动力/热模拟分析[J]. 梁杰,李志辉,杜波强,方明. 宇航学报. 2015(12)
[4]无控航天器与空间碎片再入的工程预测方法研究现状[J]. 胡锐锋,龚自正,吴子牛. 航天器环境工程. 2014(05)
[5]Space Debris Reentry Analysis Methods and Tools[J]. WU Ziniua,*, HU Ruifenga, QU Xib, WANG Xiangb, WU Zhea aSchool of Aerospace, Tsinghua University, Beijing 100084, China bChina Academy of Space Technology, Beijing 100094, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2011(04)
[6]箔条云跨流域整体气动特性计算研究[J]. 李志辉,梁杰,李四新,王鹿受. 空气动力学学报. 2011(01)
[7]空间碎片再入烧蚀预测与地面安全评估软件系统[J]. 胡锐锋,吴子牛,曲溪,王翔. 航空学报. 2011(03)
[8]航天器撞击解体碎片的短期危害评估[J]. 李怡勇,沈怀荣,李智,周伟静. 宇航学报. 2010(04)
[9]箔条云整体运动性能建模研究[J]. 李志辉,王鹿受. 系统仿真学报. 2009(04)
硕士论文
[1]载人飞船返回舱高空稀薄气动特性研究[D]. 戴金雯.国防科学技术大学 2004
本文编号：3062306
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3062306.html
