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1、第28卷第12期北京理工大学学报Vol.28No.122008年12月TransactionsofBeijingInstituteofTechnologyDec.2008空间碎片碰撞风险评估系统111,2王海福,余庆波,刘有英(1.北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081;2.北京航空航天大学宇航学院,北京100083)摘要:为了评估航天器遭遇空间碎片碰撞风险,基于GUI技术自主开发了一套空间碎片碰撞风险评估系统(MODRAS).并以特定轨道航天器为应用实例进行了风险评估,得到了空间碎片通量分布、航天器暴露面积、航天器遭遇
2、的碰撞数等数据.结果表明,航天器遭遇空间碎片碰撞的概率与其运行轨道高度、倾角以及碎片大小等参数有关;改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.关键词:空间碎片;碰撞风险评估;航天器;几何遮挡中图分类号:V414文献标识码:A文章编号:100120645(2008)1221039204OrbitalDebrisRiskAssessmentSystem111,2WANGHai2fu,YUQing2bo,LIUYou2ying(1.StateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTechnology,
3、BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China;21SchoolofAstronautics,BeihangUniversity,Beijing100083,China)Abstract:AGUIbasedmeteoroidandorbitaldebrisriskassessmentsystem(MODRAS)isdevelopedforassessingriskstospacecraftfrommeteoroidanddebrisimpact.Instanceaspacecraftasan
4、exampleforM/ODriskassessmentisconducted.Thedistributionofdebrisflux,exposedareaofspacecraftandimpactdataareobtained.Theresultsshowthattherelativeimpactpossibilityforaspacecraftdependsonthespacecraftpsaltitudeandorbitalinclination,aswellasdebrissize.Changesinshuttlemissiono
5、perations,flightrules,andflightplanningwereadoptedtoreducemeteoroidanddebrisrisks.Keywords:orbital/spacedebris;impactriskassessment;spacecraft;geometryshading随着航天技术的迅速发展,空间环境日益恶化,1系统总体框架微流星体及空间碎片(M/OD)超高速碰撞成为威胁[12]航天器安全在轨运行的重要因素.空间碎片与在系统主程序框架如图1所示.空间碎片碰撞风轨航天器发生碰撞时,巨大的碰撞动能足
6、以导致航天[34]器结构破坏、功能失效甚至灾难性事故的发生.为了评估M/OD超高速撞击的风险,以及为防护设计提供评估手段和技术支持,作者设计开发出空间碎片碰撞风险评估系统(meteoroid&orbitaldebrisriskassessmentsystem,MODRAS),其主要功能模块包括空间环境模块、航天器壳体有限元建模模块、空间碎片碰撞模块等,功能模块等关键技术的突破为空间碎图1碰撞风险系统整体框架结构片碰撞风险仿真评估系统设计开发提供了理论依据.Fig.1FrameworkofMODRAS收稿日期:2008203206基金项目:爆
7、炸科学与技术国家重点实验室基金(200800231)作者简介:王海福(1966—),男,教授,博士生导师,E2mail:wanghf@bit.edu.cn.1040北京理工大学学报第28卷险评估系统(MODRAS)的主程序通过对接口程序进行有限元建模,MODRAS通过调用有限元建模[7]的控制,使应用程序系统、信息管理系统和前后置处软件TrueGrid来实现,程序流程如图3所示.理系统有机结合起来以形成完整的系统.MODRAS由框架平台设计、应用程序模块设计和服务软件3部分组成.2主要功能模块211空间环境模块环境模块为几何遮挡模块提供M/
8、OD方向和为碰撞概率计算模块提供M/OD通量.空间碎片碰撞风险仿真评估系统的空间环境模块包括3类分析代码:ORDEM2000,NASA91和NASASSP2[56]30425.N
