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空间碎片碰撞概率及其敏感度分析研究

作　者: 杨旭
导　师: 刘静
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 空间物理学
关键词: 空间碎片碰撞预警碰撞概率最大碰撞概率敏感度误差尺寸轨道异常
分类号: V528
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着人类航天活动的频繁开展,空间碎片数量迅速增长。近期几次大的碰撞和解体事件,更是使空间碎片总数急剧增加,这些碎片严重威胁着在轨航天器的安全,必须采取有效的防护措施来应对日益严重的撞击风险。空间碎片碰撞预警工作主要针对可监测的较大空间碎片,预测航天器和碎片之间的碰撞风险,然后根据一定的预警判据来评估风险的大小,进而做出合理的轨道规避决策,必要时采取规避机动来避免可能发生的碰撞。当前的空间碎片预警系统功能日趋完善,具备了对在轨航天器进行日常预警和进行发射预警的能力,并形成了以碰撞概率为主要判据的风险评估方法。本论文主要研究空间碎片碰撞概率及其敏感度分析等内容。以空间碎片碰撞预警为背景,研究了碰撞概率的主要算法,分析了影响碰撞概率的几个因素,提出了新的最大碰撞概率算法,并提出了针对误差因素的精化误差方法,针对尺寸因素的尺寸估计模型,进行了应用实例分析,最后研究了空间物体轨道异常的判别方法。本文的一些结果已经初步应用到空间碎片预警工作中。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-17
  1.1 空间碎片及其分布和危害  9-14
    1.1.1 空间碎片  10
    1.1.2 空间碎片的分布及危害  10-14
  1.2 空间碎片碰撞预警简介  14-15
  1.3 国外空间碎片碰撞预警和规避情况  15-17
第2章空间碎片碰撞概率  17-26
  2.1 碰撞判据  17-19
    2.1.1 Box 区域判据  17-18
    2.1.2 碰撞概率判据  18-19
    2.1.3 两种判据比较  19
  2.2 碰撞概率的计算原理  19-22
    2.2.1 初始及假设条件  19-20
    2.2.2 碰撞概率计算的基本原理  20-21
    2.2.3 碰撞概率的基本算法  21-22
  2.3 空间碎片碰撞概率的几种算法  22-26
    2.3.1 Foster 方法  22-23
    2.3.2 Chan 方法  23-24
    2.3.3 Patera 方法  24
    2.3.4 Alfano 方法  24-25
    2.3.5 四种方法简要比较  25-26
第3章碰撞概率敏感度理论分析  26-32
  3.1 影响碰撞概率变化的因素  26-27
  3.2 复合体尺寸对碰撞概率的影响  27-28
  3.3 交会距离对碰撞概率的影响  28-29
  3.4 误差对碰撞概率的影响  29-30
  3.5 小结  30-32
第4章空间碎片最大碰撞概率  32-47
  4.1 最大碰撞概率的意义  32
  4.2 最大碰撞概率算法  32-43
    4.2.1 碰撞概率与误差关系初步分析  32-34
    4.2.2 碰撞概率与复合体投影方位角关系  34-37
    4.2.3 方位角为90°时碰撞概率与误差短轴大小关系  37-39
    4.2.4 最大碰撞概率表达式  39-43
  4.3 最大碰撞概率的应用  43-46
    4.3.1 最大碰撞概率适用条件  44
    4.3.2 特定条件下的最大碰撞概率  44-46
  4.4 小结  46-47
第5章误差处理模式的改进  47-55
  5.1 误差处理方法  47
  5.2 误差处理方法的改进——精化误差  47-50
  5.3 危险交会分析实例  50-53
    5.3.1 危险交会分析实例1  50-52
    5.3.2 危险交会分析实例2  52-53
  5.4 小结  53-55
第6章空间碎片等效尺寸计算及应用分析  55-65
  6.1 雷达散射截面  55-56
  6.2 空间碎片尺寸估计模型  56-62
    6.2.1 等效截面积模型  56-58
    6.2.2 NASA 尺寸估计模型SEM  58-62
  6.3 编目物体尺寸估计和分析  62-64
    6.3.1 所有在轨编目物体尺寸估计  62-63
    6.3.2 美俄卫星碰撞事件产生的碎片尺寸分析  63-64
  6.4 小结  64-65
第7章危险交会实例分析  65-72
  7.1 美俄卫星碰撞分析  65-69
    7.1.1 事件简介  65
    7.1.2 预报和验证结果分析  65-67
    7.1.3 采用估计尺寸计算碰撞概率  67-68
    7.1.4 美俄卫星交会的最大碰撞概率  68-69
  7.2 近期危险交会事件分析  69-70
  7.3 小结  70-72
第8章空间物体轨道异常分析研究  72-83
  8.1 空间碎片的运动和轨道变化规律  72-73
  8.2 引起轨道异常的原因  73-74
  8.3 轨道异常在数据上的表现特征  74-76
  8.4 轨道异常的识别分析  76-80
    8.4.1 依据三个量之一单独判别轨道异常  76-77
    8.4.2 综合判据法简介  77-78
    8.4.3 异常判据的选取  78-79
    8.4.4 异常判别  79-80
  8.5 轨道异常识别实例和应用  80-81
    8.5.1 LEO 卫星轨道异常分析  80-81
    8.5.2 铱星33 和宇宙2251 碰撞分析  81
  8.6 小结  81-83
第9章结束语  83-85
  9.1 结论  83
  9.2 下一步工作  83-85
参考文献  85-89
硕士期间发表的论文  89-90
致谢  90

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