›› 2016, Vol. 36 ›› Issue (4): 1-.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2016.0046

• 研究探讨 •    下一篇

空间物体解体碎片云的长期演化建模与分析

张斌斌, 王兆魁, 张育林   

  1. 1 国防科技大学 航天科学与工程学院,长沙410073
    2 清华大学 航天航空学院,北京100084
  • 收稿日期:2016-03-31 修回日期:2016-07-01 出版日期:2016-08-25 发布日期:2016-06-30
  • 作者简介:张斌斌(1987-),男,博士研究生,zhangbinbin10@126com,研究方向为航天器动力学与控制、空间碎片演化建模与分析 王兆魁(1978-),男,教授,wangzk@tsinghuaeducn,主要研究方向为航天器动力学与控制
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(11572168)

Modeling and analysis on the long-term evolution of the space debris cloud

ZHANG  Bin-Bin, WANG  Zhao-Kui, ZHANG  Yu-Lin   

  1. 1.College o fAerospace Science and Engineering,National University of Defense Technology, Changsha410073,China
    2.School of Aerospace Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China
  • Received:2016-03-31 Revised:2016-07-01 Online:2016-08-25 Published:2016-06-30

摘要: 空间碎片云由空间物体解体产生的大量空间碎片组成,由于其相对集中地分布在有限的空间内,将会对临近航天器产生较大的碰撞威胁。为了分析解体碎片云长期分布特点,文章首先利用数值积分方法对空间碎片云短期分布规律进行了研究;在此基础上,针对处于环状分布的碎片云,根据碎片所在的轨道高度和具有的面质比值,将碎片划分到不同分组,以每个组作为研究对象,建立了描述碎片云在大气阻力作用下的解析演化模型。模型避免了对单个解体碎片的运动状态进行积分,可大大降低对计算资源和计算时间的需求。考虑在高度为1422km 圆轨道上运行的物体,解体产生了1780个碎片,利用解析演化模型得到碎片云未来50年内的演化分布状态。数值结果表明,碎片云的峰值密度在解体物体轨道高度附近,并在大气阻力作用下向更大高度区间内扩散;较低高度区间内碎片密度具有先增加,然后在大气阻力作用下不断减少的特点。

关键词: 空间碎片云, 空间密度, 解体模型, 碎片分布, 演化模型

Abstract: Aspacedebriscloudconsistsofnumerousbreakupfragmentswhichareoriginatedfromaninstinctspaceobject.Asthebreakupfragmentsareinaconcentrateddistribution,thosespacecraftintheneighborhoodofthebreakupobjectswillfaceaseriousthreatofcollision.Inordertoevaluatethelongtermevolutionofspacedebris,thepropagationofspacedebriscloudforashorttermperiodwasanalyzednumerically.Basedonthestabledistributioncharacteristicofthedebriscloud,fragmentsweredividedintoseveralgroupsaccordingtotheirorbitalheightsandareamassratios.Thelongtermdistributionundertheperturbationofatmospheredragwasdescribedbyananalyticevolutionmodel.Comparing〖JP2〗withallthefragmentspropagatingindividually,theanalyticmodelwasmoreefficientandlesstimeconsuming.Theevolutionofabreakupdebriscloudconsists1780breakupfragments,andwasobtairedforthenextfiftyyears.Resultsshowthatthepeakspatialdensityofthedebriscloudisaroundtheheightofthebreakupobjectandwillspreadintoabroaderheightintervalcontinuously,andthefragmentsinthelowerheightintervalwillfirstlyincreaseandthendecreaseundertheperturbationofairdrag.

Key words: spacedebriscloud, spatialdensity, breakupmodel, debrisdistribution, evolutionmodel