[發(fā)明專利]厘米級(jí)以下碎片軌道演化計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210184514.1
• 申請(qǐng)日: 2022-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN114611276A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜宇;沈自才;李強(qiáng);李恒年;崔瑞飛;田超;詹超瑾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國西安衛(wèi)星測(cè)控中心
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 韓玙

本發(fā)明公開的厘米級(jí)以下碎片軌道演化計(jì)算方法，包括以下步驟：步驟1、計(jì)算碎片分布特征；步驟2、計(jì)算碎片初始的位置速度；步驟3、疊加碎片精確加速度模型，外推計(jì)算碎片的軌道演化。本發(fā)明的厘米級(jí)以下碎片軌道演化計(jì)算方法，可以有效降低現(xiàn)有厘米級(jí)以下碎片的軌道演化計(jì)算誤差，有利于航天器日常監(jiān)管過程中對(duì)厘米級(jí)以下碎片軌道長期預(yù)報(bào)，延長碎片對(duì)航天器可能的碰撞預(yù)報(bào)時(shí)間，增大碰撞預(yù)警的有效時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種厘米級(jí)以下碎片軌道演化計(jì)算方法。

背景技術(shù)

航天活動(dòng)遺留在太空中的廢棄的由于地球引力而在軌道上運(yùn)行的碎片稱為太空碎片。碎片包括失去控制的航天器的有效載荷、航天器運(yùn)行期間散落的殘骸和碎片、由于空間目標(biāo)爆炸和撞擊產(chǎn)生的碎片以及發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的鋁片和油漆片、航天器覆膜脫離等。厘米級(jí)以下碎片由于面值比較大，受到的大氣阻力、輻射壓力洛倫茲力等的加速度都比同軌道上的大尺寸碎片和航天器受到的該類作用力加速度大得多。這就導(dǎo)致厘米級(jí)以下碎片的軌道演化計(jì)算誤差比大尺寸碎片和航天器的軌道演化計(jì)算誤差大得多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種厘米級(jí)以下碎片軌道演化計(jì)算方法，解決了現(xiàn)有厘米級(jí)以下碎片的軌道演化計(jì)算誤差較大的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：厘米級(jí)以下碎片軌道演化計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟1、計(jì)算碎片分布特征；

步驟2、計(jì)算碎片初始的位置速度；

步驟3、疊加碎片精確加速度模型，外推計(jì)算碎片的軌道演化。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1中計(jì)算碎片分布特征為，將碎片速度的分布密度函數(shù)取為：

式(1)中，v_Col是產(chǎn)生大量碎片的目標(biāo)碰撞速度，v_m是碰撞產(chǎn)生的碎片的最大相對(duì)母體速度，β＝8.69,δ＝7.2×10^-3s·m^-1。

步驟2中通過公式(2)計(jì)算碎片初始的位置速度：

式(2)中，r和v為碎片參考位置和速度，r_d和v_d為碎片初始位置和速度，δv為單位方向，指向隨機(jī)分布。

步驟3具體為，通過計(jì)算碎片受到的地球引力、日月引力、大氣阻力、太陽輻射壓、洛倫茲力及波應(yīng)亭-羅伯遜拖曳力來對(duì)碎片軌道演化進(jìn)行計(jì)算，在慣性空間中表示的碎片的運(yùn)動(dòng)外推按照公式(3)積分計(jì)算：

式(3)中，r是相對(duì)于慣性空間從地球中心到碎片的位置矢量，f_S和f_M是地球、太陽和月球?qū)λ槠a(chǎn)生的重力加速度，V是地球的引力勢(shì)；f_A和f_SR分別是來自大氣阻力和太陽輻射壓力的加速度；f_L是地球磁場(chǎng)的洛倫茲力產(chǎn)生的加速度；f_PR是波應(yīng)亭-羅伯遜拖曳力產(chǎn)生的加速度。

步驟3中地球引力勢(shì)按照公式(4)計(jì)算：

式(4)中，G是引力常數(shù)，M_E是地球質(zhì)量，r＝|r|，R_e是地球赤道半徑，λ和ψ碎片位置的地心經(jīng)緯度，和是n階m度的歸一化球諧系數(shù)，是歸一化的勒讓得多項(xiàng)式，N是公式使用的最大階次。

步驟3中太陽和月球?qū)λ槠a(chǎn)生的重力加速度按照公式(5)和(6)計(jì)算：