美国航天发射场安全评估与仿真技术应用.pdf

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1、载人航天2009年第3期发射场美国航天发射场安全评估与仿真技术应用史荟燕陈书驰(北京航天飞行控制中心)摘要介绍一个为NASA开发的美国航天发射场安全评估决策支持环境，利用仿真技术建立虚拟发射场，对影响发射场安全的因子进行模拟研究，为发射场安全管理人员认识各种因素对安全的影响程度以及采取相应安全措施提供决策依据。同时，结合我国新发射场建设实际，为新一代运载火箭发射场安全评估工作提供借鉴。关键词航天发射发射场安全评估仿真中图分类号V555文献标识码A文章编号1674—5825(2009)03—0034—06空间以及在地球上投影区域组成的发射场空

2、间。这1引言个空间的实际维度大小以及弹道在地面上的投影依在航天活动中，安全是指人不受到伤害(死亡或赖于运载火箭的速度和方向，并且随着运载火箭的受伤)，物(设备或财产)不受到损失，环境不遭到破飞行运动，发射场空间不断包含进新的空间并使已坏。发射场安全问题一般可以分成两个时问段来研经飞过的区域脱离危险。发射场安全最关注的就是究，一是航天产品进场后至火箭点火发射期间；二是在发射场空间范围内出现事故时暴露人员的安全，航天器发射升空后120s内。目前，国内对航天产品也就是可能产生的危害和人员伤亡预计值。爆炸碎进场后到火箭点火发射这段时间内的安全评估做

3、了片、毒气效应和冲击波超压都对人们造成影响。为了详细的分析研究，其中常用的安全性分析方法有：故能定量研究各种因素的作用大小，在决策生成过程障模式、影响及危害性分析；故障树分析；危险分析；中提供帮助，NASA委托开发了一个虚拟发射场系统潜在电路分析和概率风险评估。国内针对发射后作为仿真环境的原型，以发射场安全仿真模型、地理2min内的安全问题研究介绍较少，主要原因是后一信息系统(GIS)和气象信息系统为主要部分，并与航阶段研究涉及发射、燃料、气象、地理信息和人口信天运载工具特征参数、飞行弹道以及概率计算器／仿息、医学等诸多专业内容，难度很大。

4、本文介绍美国真器无缝集成，计算出人员伤亡预计值(E)。佛罗里达大学为美国国家航空航天局(NASA)开发2虚拟发射场体系结构的发射场安全评估系统，专门讨论航天器发射后120s内的发射场安全评估问题，通过建立虚拟发射虚拟发射场系统综合集成了地理信息系统、人场对各种影响因素进行模拟仿真，不仅可以让安全口模型、气体扩散模型、航天飞机飞行弹道、故障模管理人员认识各种因素的影响程度，而且可以为采型以及气象资料，体系结构是模块化的，方便用于任取何种减灾救援方案提供决策依据。本文期望能为何航天运载工具模型及发射操作区域(见图1)。开展新发射场安全评估提供思

5、路。虚拟发射场系统的工作流程可以简述为：一个本文的发射场概念不仅指发射场区，而且还包离散事件仿真器模拟出现事故的时间，这个时间是括航天运载工具飞向太空和从太空返回都要经过的由发射不同阶段事故发生的累积概率决定的，每个来稿日期：2009—03—16作者简介：史荟燕(1983．02一)女，硕士，助理工程师，主要从事航天气象研究。34发射场载人航天2009年第3期故障模型：航天飞机参敬MatLab程序网站+模式爆炸碎片飞行弹道模型气象资料蒙特仿真!罗／1匕二===二=：>预汁的伤亡人数。fLandSean+＼AreGIS由BlastFX／模拟的冲

6、击～一

7、-效应地理信息系统+人口模型气体扩散：模型⋯气一象系⋯统‘图1虚拟发射场及其组成模块阶段持续的时间不同，发生事故的可能性也不同。根在发射过程中经过大西洋及其周围所有的陆地、海洋据事故发生的时间，模型参考航天器的飞行路线坐和运载火箭所能到达的大气空问，并向东延伸至印标，从已有模式数据文件中得出残留污染物的量。这度洋和太平洋。通常运载火箭都是向东发射，而且射些值作为气体扩散模型(CALPUFF)的输人值，每小向方位角能避开大片陆地和人口密集区，例如加勒时预报一次每一种毒素的浓度。这些预报值自动进比群岛、百慕达、南美洲东北部沿海及非洲。从

8、卡纳入人口模型(ArcGIS)，作为该系统的一层数据，以确维拉尔角发射极轨卫星的方位角上限是37。，下限是定陆地上发射场空间范围内的污染程度。ArcGIS的44o；发射静止卫星的方位角上限是110。，下限是空间分析软件能够确定显示层覆盖的人口数量，我114。。因此，第一个重要的影响因素就是飞行弹道。们利用暴露人数和污染物暴露反应函数导出参数，估计伤亡人数。通过大量的模拟运算重复这个过程，最终可以获得足够的信息来生成一个平均边界和相关的置信区问。蒙特卡罗仿真是一种通过对不确定变量反复生成随机值来进行模拟的技术，以此来解释说明各种风险因子造成的

9、效应，如火箭位置、推进剂消耗、天气的不确定性、火箭制导及其性能偏差等因素。对这些因素进行模拟的需求是极为重要的，比如，有毒气体影响风险就受气象参数和运载火箭参数的可变性、风的不确