空间碎片环境建模及分析预报软件研制

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1、'_-—一一一一二竺巴竺壑鲤些垫皇遥一一一一一一一摘要本学位论文在国防科工委空间碎片研究专项基金项目一“小空间碎片演化模式研究(KJsPZool一0202/02)”和863计划项目一“空间碎片环境模型建立、分析与应用技术(2002AA732152)”两项课题的支持下，从演化模式建模的角度出发，对空间碎片的生成、演化、湮灭机制进行了深入的研究，建立了空间碎片演化模型SDEM;在此基础上，开发了基于演化模型的空间碎片环境分析预报软件SDEAS，对历史碎裂事件和当前碎片环境进行了分析，对未来碎片环境的

2、演化趋势进行了预报。本文七要研究工作如卜:首先，在对已有空户1)碎片环境模型进行分类研究的基础之上，对空间碎片环境建模常用的两种模式一工程模式和演化模式的建模思想、方法进行了研究，对两种建模方法的缺点和不足进行了分析。考虑到目前我国缺少碎片观测数据的现状，选定演化模型作为我们的建模目标。演化机制分析是空间碎片演化模型建模的基础。在分析了空lbJ碎片的来源和组成之后，对导致空间碎片数目增加、减少的各种因素进行了详尽的研究。在此基础上，给出了空间碎片环境演化的全景图，为演化模型的建立奠定了基础。然后

3、，按照低强度爆炸、高强度爆炸和碰撞三种碎裂事件类型对碎裂发生后新生成碎片的初始信息进行了描述。为了使模型SDEM具有对特定轨道上碎片分布信息进行处理的能力，引入了轨道计算模型，推导了碎裂后碎片云质量中心的轨道和碎片云相对于质量中心的轨道，并分析了各种摄动因素对轨道变动的影响。通过一系列子模型的有机结合完成了对空间碎片演化过程的描述，从而建立了空间碎片演化模型。接着，本文定义了两种空间碎片密度的算法，对特定区域中在轨飞行器的碰撞风险进行了研究，并对各种缓减措施进行了分析。最后，通过对历史碎裂事件的

4、仿真分析建立了小碎片数据库，开发了分析预报软件的流程图，并对软件中涉及到的数据处理方法进行了研究，最终在MATLAB环境下开发了分析预报软件SDE人5，并给出了初步的分析预报结果。关键词空间碎片:碎裂:演化模式;环境建模哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSponsoredbyCOSTINDspacedebrisresearchdevotedfunditem-"SmallSpaceDebrisEvolutionaryModeStudy(KJSP2001-0202/02)"and863p

5、rojectitem-"SpaceDebrisEnvironmentModelingandAnalyticalAppliedTechnology(2002AA732152)",thispapergivesadetailresearchonthemechanismofspacedebrisgeneration,evolutionandannihilationfromtheviewpointofevolutivemode;Then,evolutionarymodelSDEMisbuiltup.Ont

6、hebasisofSDEM,spacedebrisenvironmentanalyticalpredictivesoftwareSDEASisdeveloped.Finally,historicalbreakupeventsandcurrentspacedebrisenvironmentareanalyzed;thefuturedebrisenvironmentevolutionarytrendispredicted.Themainresearchcontentsofthedissertatio

7、nareasfollows:First.thetwocommonmodesofspacedebrismodeling,engineeringmodeandevolutionarymode,arestudiedbasedontheclassifiedinvestigationofthecurrentexistedspacedebrismodels;thedisadvantageanddeficiencyofthetwoapproachesareanalyzedcontrastively.Takin

8、gaccountoftheshortageofobservationdata,weselectevolutionarymodelasourmodelingaim.Evolutionarymechanismstudyisthebaseofspacedebrisenvironmentevolutionarymodemodeling.Aftertheanalysisofspacedebrissourcesandcomponents,variousfactors.whichresultindebrisn