航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法及系统技术方案

本发明专利技术属于航空航天数据处理技术领域，具体地说，涉及一种航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法，包括：步骤1)在空间碎片预警任务中，获取轨道和空间环境数据集；步骤2)以预先设定的交会距离阈值判据，筛选出多个近距离交会目标，组成危险目标列表；步骤3)针对每个交会目标，以主航天器气动调节系数为横坐标，以该交会目标气动调节系数为纵坐标，颜色棒表示碰撞概率值，绘制空间碎片碰撞风险的空间环境激励图，并在该空间环境激励图上绘制可达域；步骤4)重复上述步骤3)，得到针对每个交会目标的空间环境激励图，得到空间环境激励图集，并对其进行分类，得到分类结果，再对其进行整理，供用户终端评估和决策使用。供用户终端评估和决策使用。供用户终端评估和决策使用。

【技术实现步骤摘要】
航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法及系统


[0001]本专利技术属于航空航天数据处理
，具体地说，涉及航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法及系统。

技术介绍

[0002]航天器轨道相关事务是指航天任务中与轨道预报、设计等相关的事务，例如，航天器的空间碎片碰撞风险评估、陨落再入时间地点预报和轨道设计等工作。随着轨道理论的发展，目前热层大气密度预测已成为低轨道航天器轨道预报、确定的最大误差源。但是，上述航天器轨道相关事务的评估结果产生不确定性，难以量化描述，无法指导工程实践进行有效应对。
[0003]现有的空间环境激励图评估方法主要是基于交会三方向距离的盒子方法和基于碰撞概率的概率方法，但是现有的方法存在碰撞风险描述不准确，无法判断空间环境扰动、弹道系数误差等因素对交会风险的影响问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法，该方法适用于航天器的空间碎片碰撞风险评估、陨落再入时间地点预报和轨道设计等航天器轨道相关事务。
[0005]本专利技术提供了一种航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法，该方法包括：
[0006]步骤1)在空间碎片预警任务中，获取轨道和空间环境数据集；
[0007]步骤2)对获取的轨道和空间环境数据集，提取主航天器和交会目标的轨道位置和速度，进行常规的空间碎片预警计算，以预先设定的判据，筛选出多个近距离交会目标，组成危险目标列表；
[0008]步骤3)在危险目标列表中，针对每个交会目标，以主航天器气动调节系数为横坐标，以该交会目标气动调节系数为纵坐标，颜色棒表示碰撞概率值，绘制空间碎片碰撞风险的空间环境激励图，并在该空间环境激励图上绘制可达域；
[0009]步骤4)重复上述步骤3)，得到针对每个交会目标的空间环境激励图，得到空间环境激励图集，并对其进行分类，得到分类结果，再对其进行整理，供用户终端评估和决策使用。
[0010]作为上述技术方案的改进之一，所述轨道和空间环境数据集包含但不限于：主航天器和交会目标的轨道位置、速度和空间环境Kp，F10.7指数；其中，该交会目标为背景空间碎片。
[0011]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤2)具体包括：
[0012]对获取的轨道和空间环境数据集，提取主航天器和交会目标的轨道位置和速度，进行常规的空间碎片预警计算：
[0013]在用户设定的预警时长ΔT内，利用主航天器和背景空间碎片的轨道高度，进行粗筛选；
[0014]主航天器的轨道高度在
±
Δh范围内，判断主航天器的轨道是否和背景碎片轨道有交点，
[0015]如果主航天器和交会目标有交点，则保留该背景空间碎片，并将其作为粗交会目标，存入粗筛目标列表；
[0016]如果主航天器和交会目标没有交点，则剔除该背景空间碎片；
[0017]在ΔT内，以步长s分别确定主航天器和粗筛目标列表中的每个粗筛目标的轨道位置，根据二者的轨道位置和速度，确定主航天器与各个粗筛目标的交汇距离，并组成主航天器与各个粗筛目标的最近交会距离集其中，i＝1,2
…
n；
[0018]以预先设定的交会距离阈值r
thresh
为判据，判断最近交会距离集中各个值是否小于预先设定的交会距离阈值r
thresh
；
[0019]如果第i个交会距离小于r
thresh
，则将其作为空间目标，存入危险目标列表；
[0020]如果第i个交会距离大于或等于r
thresh
，则将其删除。
[0021]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤3)具体包括：
[0022]根据主航天器的轨道大气密度和主航天器的弹道系数，在阻力方程中相乘耦合；
[0023][0024]其中，F
d1
为主航天器的气动力；ρ1为主航天器的轨道大气密度；BC1为主航天器的弹道系数；v
r
为交会目标相对大气速度；
[0025]根据主航天器气动调节系数α1，计算主航天器的碰撞概率Pc1；
[0026]Pc1＝f(α1×
F
d1
)
[0027]通过调节主航天器气动调节系数α1，双向调节主航天器的气动力F
d1
，网格化计算对应的碰撞概率，进而形成不同的碰撞风险区域；
[0028]根据交会目标的轨道大气密度和交会目标的弹道系数，在阻力方程中相乘耦合；
[0029][0030]其中，F
d2
为交会目标的气动力；ρ2为交会目标的轨道大气密度；BC2为交会目标的弹道系数；v
r
为交会目标相对大气速度；
[0031]根据交会目标气动调节系数α2，计算交会目标的碰撞概率Pc2；
[0032]Pc2＝f(α2×
F
d2
)
[0033]通过调节交会目标气动调节系数α2，双向调节交会目标的气动力F
d2
，网格化计算对应的碰撞概率，进而形成不同的碰撞风险区域；
[0034]从而绘制针对每个交会目标，以主航天器气动调节系数为横坐标，以该交会目标气动调节系数和碰撞概率为纵坐标，绘制空间碎片碰撞风险的空间环境激励图，在绘制的空间环境激励图中，形成从碰撞概率极小值区至碰撞概率极大值区的区间范围；并根据空间环境预报的上限和下限，在该空间环境激励图上绘制可达域。
[0035]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤4)具体包括：
[0036]针对第i个交会目标的空间环境激励图；将α1＝0，α2＝0时所计算的Pc值，作为当前
碰撞概率值；其中，α1为主航天器气动调节系数，α2为交会目标气动调节系数；
[0037]如果当前碰撞概率值处于Pc极大值区，则该激励图分类为碰撞低风险激励图；
[0038]如果当前碰撞概率值处于Pc极小值区，则将该激励图分类为碰撞低风险激励图；
[0039]如果两个调节系数均在10
‑
0.6
～10
0.6
范围内变化时，碰撞概率＜1
×
10
‑5，对空间天气变化不敏感，交会风险不受太阳风暴发展的影响；
[0040]碰撞概率Pc＞5
×
10
‑5，且可达域超出设定的避碰阈值，则将该激励图分类为碰撞高风险激励图，需要启动应急预案；
[0041]针对每个交会目标，重复上述过程，将得到的分类结果进行整理，供用户终端评估和决策使用。
[0042]本专利技术还提供了一种航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估系统，该系统包括：数据获取模块、目标列表获取模块和激励图绘制模块；
[0043]所述数据获取模块，用于在空间碎片预警任务中，获取轨道和空间环境数据集；
[0044]所述目标列表获取模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法，该方法包括：步骤1)在空间碎片预警任务中，获取轨道和空间环境数据集；步骤2)对获取的轨道和空间环境数据集，提取主航天器和交会目标的轨道位置和速度，进行常规的空间碎片预警计算，以预先设定的交会距离阈值判据，筛选出多个近距离交会目标，组成危险目标列表；步骤3)在危险目标列表中，针对每个交会目标，以主航天器气动调节系数为横坐标，以该交会目标气动调节系数为纵坐标，颜色棒表示碰撞概率值，绘制空间碎片碰撞风险的空间环境激励图，并在该空间环境激励图上绘制可达域；步骤4)重复上述步骤3)，得到针对每个交会目标的空间环境激励图，得到空间环境激励图集，并对其进行分类，得到分类结果，再对其进行整理，供用户终端评估和决策使用。2.根据权利要求1所述的航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法，其特征在于，所述轨道和空间环境数据集包含但不限于：主航天器和交会目标的轨道位置、速度和空间环境Kp，F10.7指数；其中，该交会目标为背景空间碎片。3.根据权利要求1所述的航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：对获取的轨道和空间环境数据集，提取主航天器和交会目标的轨道位置和速度，进行常规的空间碎片预警计算：在用户设定的预警时长ΔT内，利用主航天器和背景空间碎片的轨道高度，进行粗筛选；主航天器的轨道高度在
±
Δh范围内，判断主航天器的轨道是否和背景碎片轨道有交点，如果主航天器和交会目标有交点，则保留该背景空间碎片，并将其作为粗交会目标，存入粗筛目标列表；如果主航天器和交会目标没有交点，则剔除该背景空间碎片；在ΔT内，以步长s分别确定主航天器和粗筛目标列表中的每个粗筛目标的轨道位置，根据二者的轨道位置和速度，确定主航天器与各个粗筛目标的交汇距离，并组成主航天器与各个粗筛目标的最近交会距离集其中，i＝1,2
…
n；以预先设定的交会距离阈值r
thresh
为判据，判断最近交会距离集中各个值是否小于预先设定的交会距离阈值r
thresh
；如果第i个交会距离小于r
thresh
，则将其作为空间目标，存入危险目标列表；如果第i个交会距离大于或等于r
thresh
，则将其删除。4.根据权利要求1所述的航天器轨道相关事务的空间环境激励图评估方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：根据主航天器的轨道大气密度和主航天器的弹道系数，在阻力方程中相乘耦合；其中，F
d1
为主航天器的气动力；ρ1为主航天器的轨道大气密度；BC1为主航天器的弹道系数；v
r
为交会目标相对大气速度；根据主航天器气动调节系数α1，计算主航天器的碰撞概率Pc1；
Pc1＝f(α1×
F
d1
)通过调节主航天器气动调节系数α1，双向调节主航天器的气动力F
d1
，网格化计算对应的碰撞概率，进而形成不同的碰撞风险区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫，龚建村，罗冰显，刘四清，钟秋珍，师立勤，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：