[發(fā)明專利]空間碎片和微流星體環(huán)境下航天器易損性評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011030802.9
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112182757B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武江凱;遲潤(rùn)強(qiáng);鄭世貴;韓增堯;龐寶君;閆軍;孫國(guó)童
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部;哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F119/02
• 代理公司: 北京謹(jǐn)誠(chéng)君睿知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

本發(fā)明涉及一種空間碎片和微流星體環(huán)境下航天器易損性評(píng)估方法，包括：獲取MMOD通量數(shù)據(jù)、載人航天器不同撞擊/威脅方向的MMOD分布信息；建立載人航天器有限單元模型并進(jìn)行面元?jiǎng)澐郑⑨槍?duì)各面元進(jìn)行結(jié)構(gòu)和材料信息設(shè)定；利用虛外墻法并結(jié)合蒙特卡洛方法，隨機(jī)生成包含速度、直徑和方向的MMOD初始射擊線，并與載人航天器面元進(jìn)行相交計(jì)算；進(jìn)行射擊線與載人航天器面元的相對(duì)撞擊速度解算；針對(duì)MMOD分布的所有射擊線完成相交計(jì)算并撞擊特性分析后，得到各個(gè)部組件的失效概率，計(jì)算得到載人航天器系統(tǒng)級(jí)失效概率和生存概率。本發(fā)明解決了MMOD環(huán)境下載人航天器生存概率精準(zhǔn)評(píng)估難題，為載人航天器防護(hù)設(shè)計(jì)以及在軌任務(wù)規(guī)劃提供支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器空間安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空間碎片和微流星體環(huán)境下航天器易損性評(píng)估方法。

背景技術(shù)

未來(lái)大型載人航天器在軌運(yùn)行壽命要求大于10面，并且由于暴露面積大、在軌飛行時(shí)間長(zhǎng)、MM/OD(空間碎片和微流星體)撞擊的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，即使在采取防護(hù)設(shè)計(jì)的前提下，嚴(yán)重的撞擊事件也是將導(dǎo)致航天器部組件、甚至引起系統(tǒng)級(jí)的失效和航天員傷亡，進(jìn)而影響在軌使命和任務(wù)。

當(dāng)前以“壓力艙擊穿”準(zhǔn)則進(jìn)行系統(tǒng)失效風(fēng)向評(píng)估方法太過(guò)保守，評(píng)估結(jié)果也不夠精準(zhǔn)，因此對(duì)航天器在空間碎片和微流星體環(huán)境下的易損性提供一種更為精準(zhǔn)的評(píng)估方法成為研究方向之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種空間碎片和微流星體環(huán)境下航天器易損性評(píng)估方法，解決現(xiàn)有評(píng)估方法精準(zhǔn)性低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種空間碎片和微流星體環(huán)境下易損性評(píng)估方法，包括：S1、針對(duì)載人航天器運(yùn)行軌道和飛行時(shí)間，獲取空間碎片和微流星體的通量數(shù)據(jù)，根據(jù)載人航天器飛行姿態(tài)，對(duì)空間碎片和微流星體在各個(gè)撞擊/威脅方向的通量數(shù)據(jù)進(jìn)行離散，得到載人航天器不同撞擊/威脅方向的MMOD分布信息；

S2、根據(jù)MMOD分布信息，利用虛外墻等方法并結(jié)合蒙特卡洛方法隨機(jī)生成包含MMOD速度、直徑和方向的初始射擊線，采用射線拾取法，將每條射擊線與載人航天器面元進(jìn)行相交計(jì)算，其中MMOD表示空間碎片和微流星體；

S3、針對(duì)與載人航天器相交的射擊線，結(jié)合射擊線包含的速度、直徑和方向信息以及航天器自身姿態(tài)和軌道信息，進(jìn)行相對(duì)撞擊速度解算；

S4、針對(duì)被撞擊面元的不同，進(jìn)行具體的分析；

S5、所有射擊線的相交計(jì)算及撞擊特性分析完成后，根據(jù)系統(tǒng)-部組件的功能組成模型，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算得到航天器系統(tǒng)級(jí)失效概率和生存概率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在步驟S4中，若被撞擊面元為航天器密封艙結(jié)構(gòu)，則根據(jù)相交航天器密封艙結(jié)構(gòu)面元的結(jié)構(gòu)材料撞擊極限或穿孔極限參數(shù)，首先開展針對(duì)密封艙結(jié)構(gòu)撞擊特性分析：

基于裂紋長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算裂紋長(zhǎng)度是否達(dá)到臨界裂紋長(zhǎng)度，判斷是否會(huì)引起密封艙裂紋擴(kuò)展、失壓解體；

基于穿孔孔徑經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算穿孔孔徑及對(duì)應(yīng)密封艙內(nèi)總壓和氧分壓隨時(shí)間變化，判斷密封艙內(nèi)航天員是否可以完成緊急逃生；

根據(jù)穿孔孔徑和穿孔位置計(jì)算密封艙穿孔漏氣形成的干擾力和干擾力矩，判斷是否超過(guò)載人航天器姿態(tài)控制能力；

針對(duì)穿孔后碎片或碎片云，再次生成密封艙內(nèi)射擊線并進(jìn)行射擊線運(yùn)動(dòng)方向的相交計(jì)算和撞擊特性分析，直至射線終止：

基于穿孔后碎片云分布模型，計(jì)算碎片云運(yùn)動(dòng)路徑上沖擊波作用下密封艙內(nèi)壓力和溫度分布，考慮航天員在密封艙內(nèi)位置和朝向，判斷高溫、高壓環(huán)境是否引起航天員致命性損傷；

基于穿孔后碎片云分布模型，以及密封艙內(nèi)構(gòu)型布局和航天員在密封艙內(nèi)位置、朝向，計(jì)算沖擊波作用下碎片云對(duì)航天員的撞擊損傷，判斷是否引起航天員致命性損傷；