近地轨道航天器的空间碎片碰撞预警与轨道规避策略研究

发布时间：2017-05-16 09:13

  本文关键词：近地轨道航天器的空间碎片碰撞预警与轨道规避策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本论文的研究是应对日益恶化的空间碎片环境对近地航天器造成的碰撞风险,提出一套可行的碎片预警方法和规避策略,使航天器在必要时刻,通过地面的指控,采取主动的轨道机动,躲避危险物体,从而提高生存能力。 作者在论文中主要完成了以下内容:1)综述了国外碰撞预警理论和规避方法,分析了近地轨道碎片环境。2)建立了碰撞预警的具体算法。依据航天动力学理论和其他知识,建立了碰撞预警相关的数学模型,包括空间目标轨道确定数学模型、空间物体相对运动数学模型、危险物体判定准则数学模型和空间物体碰撞几何关系数学模型等,根据数学模型计算航天器和危险目标的相对距离随时间变化规律,设定了预警规则。3)制定了轨道规避准则和策略。通过确定航天器与危险目标的几何关系,估算碰撞速度、碰撞点的位置、碰撞程度,制定了规避准则。根据不同的预期碰撞时刻和采取轨道机动的时机,建立了两种规避策略数学模型,并据此分析提出了两种规避方法高度分离法和轨迹分离法的原则和时机。4)编制了轨道预警与规避软件。依据预警和规避的数学模型和理论,开发了软件。并进行了相应的功能验证计算。
【关键词】：空间碎片 碎片工程模型 风险评估 碰撞避免 规避机动
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：V528
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12
• 1.2 国外航天器空间碎片碰撞预警和轨道规避现状12-18
• 1.2.1 碰撞预警13-16
• 1.2.2 轨道规避16-18
• 1.3 国内空间碎片碰撞预警与轨道规避情况18
• 1.4 论文研究内容18-20
• 1.4.1 调研国外空间碎片预警和轨道机动理论和方法18
• 1.4.2 分析近地轨道空间碎片环境，对我国载人航天器的碰撞风险进行定性评估18
• 1.4.3 空间物体碰撞预警研究18-19
• 1.4.4 航天器规避准则研究19
• 1.4.5 碰撞规避策略研究19
• 1.4.6 碰撞预警和规避软件的开发19-20
• 第二章 近地轨道空间碎片环境和碰撞风险20-32
• 2.1 空间碎片的背景知识20-25
• 2.1.1 空间碎片的数量20
• 2.1.2 空间碎片产生的来源分析20-23
• 2.1.3 空间碎片的测量23-25
• 2.1.4 分类编目和数据库25
• 2.2 空间碎片环境模型25-28
• 2.2.1 建模方法概述26
• 2.2.2 短期碎片环境模型26-27
• 2.2.3 长期碎片环境模型27-28
• 2.2.4 近地轨道的碎片轨道特征28
• 2.3 空间碎片的风险评估28-32
• 2.3.1 碰撞产生的危害分析29-30
• 2.3.2 风险评估的应用30
• 2.3.3 利用空间碎片环境模型对我国近地轨道航天器进行风险评估30-32
• 第三章 空间物体轨道确定及两物体相对运动数学模型32-46
• 3.1 空间物体轨道确定数学模型32-38
• 3.1.1 确定迭代初值32-37
• 3.1.2 轨道拟合数学模型37-38
• 3.2 星下点轨迹计算数学模型38-39
• 3.3 地面站可跟踪范围计算模型39-40
• 3.4 空间物体相对运动模型40-46
• 3.4.1 空间物体位置计算40-41
• 3.4.2 空间物体相对位置计算41
• 3.4.3 非共面物体相对运动方程41-43
• 3.4.4 共面物体相对运动方程43-46
• 第四章 危险碎片物体判定准则46-56
• 4.1 交点判定准则46
• 4.2 距离判定准则46-47
• 4.3 碰撞点位置计算47-52
• 4.3.1 共面轨道碰撞点位置计算47-49
• 4.3.2 非共面轨道碰撞点位置计算49-52
• 4.4 相对碰撞速度计算52-54
• 4.5 确定碰撞点的几何关系54-56
• 第五章 近地轨道航天器与空间碎片的碰撞规避准则则与规避策略56-75
• 5.1 碰撞规避准则56-59
• 5.1.1 相对几何关系的判定56
• 5.1.2 局部碰撞位置的确定56-57
• 5.1.3 相对距离与碰撞预警57-58
• 5.1.4 规避准则58-59
• 5.2 轨道规避策略59-75
• 5.2.1 短期规避策略59-68
• 5.2.2 中期规避策略68-75
• 第六章 碰撞预警及轨道规避软件的实现与计算实例75-83
• 6.1 软件的功能介绍75-76
• 6.2 软件的结构和主要功能模块76-77
• 6.2.1 编目数据库管理77
• 6.2.2 轨道计算模块77
• 6.2.3 碰撞预警模块77
• 6.2.4 规避策略模块77
• 6.2.5 物体跟踪模块77
• 6.2.6 坐标转换模块77
• 6.3 软件流程图77-78
• 6.4 计算实例78-82
• 6.4.1 计算并绘制空间物体星下点轨迹图78-80
• 6.4.2 空间物体轨道确定计算80
• 6.4.3 预警计算80-81
• 6.4.4 规避策略制定81-82
• 6.5 结果验证情况82-83
• 第七章 结论与展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况88

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李怡勇;沈怀荣;李智;;空间碎片环境危害及其对策[J];导弹与航天运载技术;2008年06期

2 李磊;周军;常燕;;轨道拦截预警算法研究[J];飞行力学;2009年01期

3 褚鹏辉;程涛;;基于FPGA的空间目标碰撞预警系统[J];电子设计工程;2011年03期

4 马宝林;桂先洲;;空间非合作目标形式概念分析[J];吉首大学学报(自然科学版);2012年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

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本文编号：370418