一種航天器發射預警碰撞風險分析方法和分析裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航天技術領域，具體設及用于航天器發射預警的碰撞風險分析方法和 分析裝置。
【背景技術】
[0002] 空間碎片的分布從低軌道（LEO)到地球同步軌道（GEO)之間的區域，其密集區正 是常用的航天器軌道，碎片與航天器的相對速度平均可達lOkm/s，一旦碰撞發生，后果嚴 重，尤其是直徑大于10cm的在軌編目物體對于載人航天等航天活動的安全具有災難性的 威脅。
[0003] 為了能夠及時地預測和避免航天器發射和在軌運行中與其它空間物體發生碰撞， 需要進行發射預警工作，對航天器發射飛行和在軌運行中有可能遭遇的所有編目物體進行 計算，判斷它們之間相互碰撞的可能性，給出合理的建議，對發射時間進行選擇，從而規避 或減小碰撞威脅。發射預警是根據即將發射航天器的軌道W及預定發射窗口，計算在不同 時刻下發射后航天器與空間碎片在短期內與空間碎片的危險交會情況，給出安全發射時 段。
[0004] 對于需要做發射預警的航天器，需獲取其設計軌道數據和軌道誤差數據，此外還 需要該航天器適合發射的窗口時段。該些數據由航天器設計部口提供。對于作為背景物體 的空間碎片，需要獲取其軌道數據，為確保編目數據的全面和有效，一般采用美國N0RAD發 布的兩行根數（TL巧作為輸入數據。在進行發射預警工作中，預報員每天定時從N0RAD網站 上下載TLE數據并執行當天的碰撞預警計算。當有比較危險的事件發生時，還要進行詳細 分析，并及時利用網站上最新更新的數據進行預警計算。為提高計算效率，要根據航天器對 背景物體進行軌道篩選，利用高度篩選，距離篩選和時間篩選等剔除不會與航天器發生近 距離交會的背景物體。而后在預警時間段內進行軌道預報，交會計算找出相對距離最近的 時刻即交會時刻，如最近距離即交會距離小于預設的闊值，則計算相對位置關系。下一步是 計算碰撞概率，所使用的背景物體誤差數據是根據長期軌道數據計算得出的位置誤差。最 后根據預警闊值確定禁飛時段和建議發射時段。
[0005] 禁飛時段指如在此時段內的窗口發射，將會在發射后短期內遭遇碰撞概率大于闊 值的交會，威脅航天器的安全，因此要求避開禁飛時段對應的發射窗口。而建議發射時段指 在此時段內的窗口發射，在發射后短期內不會遭遇碰撞概率大于闊值的危險交會，選擇在 建議發射時段對應的發射窗口進行發射會相對安全。
[0006] 圖1為航天器發射預警任務中的一次計算結果。圖中顯示，在此次計算中，共有11 個發射窗口，每個窗口都有碰撞概率超過10^7的交會，但都沒有超過10 -6的交會。
[0007] 如上所述，在當前發射預警工作中，每個窗口的碰撞風險評價依據是此窗口在預 報期內將遭遇交會的碰撞概率最大值。每個發射窗口對應的不同時刻的交會有多個，而當 前的風險分析方法只選取其中最危險的一個碰撞概率作為結果，該樣的分析方法雖然能夠 明顯的給出最危險交會的碰撞概率，但忽略了其他多個同樣存在風險的交會。
【發明內容】
[000引（一）要解決的技術問題
[0009] 本發明所要解決的是現有的發射預警碰撞分析方法未對同一發射窗口遭遇的所 有交會進行考慮，而造成的碰撞風險預測結果不準的問題。
[0010] (二）技術方案
[0011] 為解決上述技術問題，本發明提出一種航天器發射預警碰撞風險分析方法，包括 如下步驟：
[0012] S1、計算航天器在發射時與背景物體發生的所有交會事件；
[0013] S2、對于每個交會事件，計算所述航天器與背景物體發生碰撞的概率；
[0014] S3、計算航天器與背景物體的總碰撞概率。
[0015] 根據本發明的一種【具體實施方式】，所述步驟S2計算所述航天器與背景物體發生 碰撞的概率采用如下公式：
[0016]
【主權項】
1. 一種航天器發射預警碰撞風險分析方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 計算航天器在發射時與背景物體發生的所有交會事件； 52、 對于每個交會事件，計算所述航天器與背景物體發生碰撞的概率； 53、 計算航天器與背景物體的總碰撞概率。
2. 如權利要求1所述的航天器發射預警碰撞風險分析方法，其特征在于，所述步驟S2 計笪所沭航壬器與昔景物體發牛碰楂的概鑾梁用加下公式，
其中P。為碰撞概率，X方向為誤差投影橢圓短軸方向，y方向為誤差投影橢圓長軸方 向；σ jp 〇 y分別為誤差橢球在交會平面上投影得到的橢圓主軸大小；ra是復合體半徑；Xm 和ym分別是交會距離在X和y兩軸上的投影。
3. 如權利要求2所述的航天器發射預警碰撞風險分析方法，其特征在于，步驟S3根據 如下公式計算航天器與背景物體的總碰撞概率： 總碰撞概率為
，其中，總碰撞概率，P。⑴為第i個交會的 碰撞概率，η為交會事件的總數目。
4. 一種航天器發射預警碰撞風險分析裝置，其特征在于，包括如下模塊： 交會事件計算模塊，用于計算航天器在發射時與背景物體發生的所有交會事件； 碰撞概率計算模塊，對于每個交會事件，計算所述航天器與背景物體發生碰撞的概 率； 總碰撞概率計算模塊，用于計算航天器與背景物體的總碰撞概率。
5. 如權利要求4所述的航天器發射預警碰撞風險分析裝置，其特征在于，所述交會事 件計算模塊計算所述航天器與背景物體發生碰撞的概率采用如下公式：
其中Ρ。為碰撞概率，X方向為誤差投影橢圓短軸方向，y方向為誤差投影橢圓長軸方 向；σ jp 〇 y分別為誤差橢球在交會平面上投影得到的橢圓主軸大小；ra是復合體半徑；Xm 和ym分別是交會距離在X和y兩軸上的投影。
6. 如權利要求4所述的航天器發射預警碰撞風險分析方法，其特征在于，所述總碰撞 概率計算模塊根據如下公式計算航天器與背景物體的總碰撞概率：
，其中，PratS總碰撞概率，P。(i)為第i個交會的碰撞概率，η為 交會事件的總數目。
【專利摘要】本發明提出一種航天器發射預警碰撞風險分析方法和分析裝置，所述分析方法包括：S1、計算航天器在發射時與背景物體發生的所有交會事件；S2、對于每個交會事件，計算所述航天器與背景物體發生碰撞的概率；S3、計算航天器與背景物體的總碰撞概率。本發明用總碰撞概率來評價某一發射窗口將遭遇的碰撞風險，充分考慮了發射窗口在不同交會時刻可能遭遇的多個交會事件，能夠避免只用單一交會的風險可能造成的不足。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104537230
【申請號】CN201410811730
【發明人】楊旭, 劉靜, 于友成
【申請人】中國科學院國家天文臺
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月23日