童科伟,邱亮,高朝辉,唐庆博,李扬,焉宁

(1.中国运载火箭技术研究院研究发展中心,北京100076;2.中国空间技术研究院,北京100081)

1 前言

航天器寿命末期离轨再入时会在大气层内烧蚀,但个别大型航天器如火箭末级、上面级、大型卫星、空间站等无法完全烧毁,在无控再入地球时有可能对人类生命及财产安全造成巨大灾难。随着未来高密度发射,在轨的航天器越来越多,有必要计算航天器再入预报与落点散布问题。

针对目前航天器寿命末期离轨再入预报及落点散布问题,计划设计一种能够考虑轨道摄动的高精度轨道/再入弹道计算分析软件,并考虑基于蒙特卡罗仿真技术对标准再入弹道落点偏差进行仿真计算,解决航天器再入轨迹计算以及再入落点散布分析问题。

本文的研究成果可应用于在轨安全领域,对火箭末级、上面级离轨再入轨迹进行预报,对人类生命财产安全防护具有重要意义。

2 算法设计

航天器轨道计算方法通常有解析法 (如拟平均根数法[1])和数值积分法 (如Cowell法[2,3])。随着计算机技术的高速发展,计算精度更高的数值积分法得到了广泛应用。本文针对数值积分法用于标准再入轨道预报以及离轨再入落点偏差分析进行讨论。

再入轨道预报标准算法需要对轨道动力学模型进行建模,还需要描述坐标系统转换、时间系统等,坐标系统转换又需要对地球自转与公转运动(涉及到地心固连系到惯性系转换)进行建模。

再入轨道预报标准算法是偏差计算的基础,基于再入轨道预报标准算法,根据再入初始轨道参数 (位置、速度),以及模型偏差分布,可以计算再入体的标准再入轨迹以及偏差再入轨迹,实现再入体的再入轨迹预报以及落点散布。……