[發明專利]獲取近地軌道空間物體剩余軌道壽命的方法、系統及設備

有效

• 申請號: 201710517115.1
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN109214014B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 張耀;吳相彬;李大衛;劉靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 哈達

本發明提供一種獲取近地軌道空間物體剩余軌道壽命的方法，包括：根據大氣阻力作用，獲得空間物體的半長軸變化率、偏心率變化率、當前時刻的軌道根數和大氣面積質量比；以預定積分步長采用數值積分算法對半長軸變化率和偏心率變化率進行數值積分，并獲取大氣密度，進而從當前時刻積分到第n個預定積分步長，獲得第n個預定積分步長時空間物體所在軌道的半長軸和偏心率，其中預定積分步長為半長軸步長與半長軸變化率的比；計算半長軸和偏心率之間的乘積并確定半長軸與乘積之間的差值，獲得空間物體的近地點高度為差值與地球半徑之差；當近地點高度小于預設近地點高度時，獲得空間物體剩余軌道壽命為第n個預定積分步長對應時刻與初始時刻的差值。

技術領域

本發明涉及航天器軌道動力學領域，尤其涉及一種獲取近地軌道空間物體剩余軌道壽命的方法、系統及設備。

背景技術

軌道壽命是指空間物體在軌道上存留的時間。它是從空間物體進入軌道到隕落為止的時間。部分在軌空間物體主要受大氣阻力的作用，實際軌道呈現為不斷下降的螺旋線，從而導致近地點高度會逐漸降低，最終使得空間物體落入稠密大氣層(離地面100公里)燒毀，其中尺寸較大的空間物體可能在稠密大氣層中無法完全燒毀，從而降落到地面上，對地面的人員和財產安全造成危害。

傳統計算近地軌道空間物體剩余軌道壽命與實際觀測數據相比具有較大差距，獲取的軌道壽命不夠準確并且計算速度慢。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種計算速度快且準確的獲取近地軌道空間物體剩余軌道壽命的方法、系統及設備，其中所述方法包括：

根據大氣阻力作用，獲得空間物體的半長軸變化率和偏心率變化率，計算獲取所述空間物體的當前時刻的軌道根數和大氣面積質量比；

以預定積分步長采用數值積分算法對所述半長軸變化率和偏心率變化率進行數值積分，并獲取大氣密度，進而從所述當前時刻積分到第n個所述預定積分步長，獲得第n個所述預定積分步長時所述空間物體所在軌道的半長軸和偏心率，其中所述預定積分步長為半長軸步長與半長軸變化率的比；

計算所述半長軸和偏心率之間的乘積并確定所述半長軸與所述乘積之間的差值，獲得所述空間物體的近地點高度為所述差值與地球半徑之差；以及

當所述近地點高度小于預設近地點高度時，獲得所述空間物體剩余軌道壽命為所述第n個所述預定積分步長對應時刻與所述初始時刻的差值。

在其中一個實施例中，所述獲取大氣密度，包括：

獲取預設的大氣密度模型和空間環境參數，以所述空間物體所在軌道的真近角為變量進行數值積分，獲得與所述第n個所述預定積分步長相對應的大氣密度，其中獲取與以所述變量變化后的真近角相對應的太陽活動參數F10.7和地磁指數AP。

在其中一個實施例中，所述根據大氣阻力作用，獲得空間物體的半長軸變化率和偏心率變化率，并獲取所述空間物體的當前時刻的軌道根數和大氣面積質量比的步驟中，所述獲取大氣面積質量比包括：

獲取預設歷元時刻范圍內所述空間物體的軌道根數，對所述軌道根數根據歷元時刻進行排序，計算獲得相鄰兩個所述軌道根數的半長軸差和歷元時刻差；

根據大氣密度模型，獲取對應所述歷元時刻的大氣密度參數和空間環境參數，以獲得單位大氣面積質量比引起的軌道半長軸的第一變化率；

根據太陽光壓攝動模型和圓柱形地球陰影模型，獲取太陽、地球和空間物體的位置關系，以獲得單位光壓面積質量比引起的軌道半長軸的第二變化率；

根據所述半長軸差、時間差、第一變化率和第二變化率，通過最小二乘法，獲得大氣面積質量比和光壓面積質量比。

在其中一個實施例中，所述獲取預設歷元時刻范圍內所述空間物體所在軌道的軌道根數，對所述軌道根數根據歷元時刻進行排序，計算獲得相鄰兩個所述軌道根數的半長軸差和歷元時刻差的步驟包括：