舒 鹏 杨 震 罗亚中

国防科技大学空天科学学院, 长沙 410073

空天任务智能规划与仿真湖南省重点实验室, 长沙 410073

人类的航天活动产生了大量空间目标, 使得碰撞解体正成为空间碎片的主要来源(Liou &Johnson 2006). 目标解体形成的碎片云, 持续威胁着在轨航天器的正常运行. 对碎片云演化规律的研究是进行碰撞规避和航天器防护的基础. 以NASA的LEGEND (Liou et al. 2004)和ESA的DELTA (Walker et al. 2001)为代表的工具普遍采用确定性方法来分析碎片云的演化规律, 虽建模灵活、便于实现, 但效率较低. 近日, 意大利米兰理工大学的Frey和Colombo (2021)从碎片云的不确定性特征出发, 发表了题为“Transformation of Satellite Breakup Distribution for Probabilistic Orbital Collision Hazard Analysis”的研究论文, 提出了完全基于概率表征的分析框架, 用于对碎片云的解体、演化和碰撞威胁进行分析.

目标解体可视为在固定位置施加了特定概率分布的速度增量, 其整体分布在轨道动力作用下不断演化. 传统的确定性方法以大量样本的确定性运动来捕获这种不确定性分布, 将碎片视为孤立个体, 通过重复的蒙特卡洛试验得到其分布规律 (Liou 2008). 这种方法可适用于各种轨道类型和动力学模型, 但是需要很多样本才能得到收敛的结果, 对碎片云进行分析时效率较低. 而Frey和Colombo (2021)的工作则摒弃个体的运动, 完全以碎片云整体为对象研究其演化规律, 面临以下难点: 碎片初始速度的分布密度如何计算？初始速度分布如何演化到未来空间分布？如何从空间分布计算碰撞概率？解决这三个问题的基础为碎片云概率密度在不同相空间……