[发明专利]一种零窗口发射的运载火箭碰撞评估快速计算方法

说明书

本发明公开了一种零窗口发射的运载火箭碰撞评估快速计算方法，针对给定的零发射窗口时刻，准实时评估其是否满足给定的碰撞安全条件，碰撞安全条件为：所有空间目标中没有危险目标与运载火箭之间存在碰撞风险，本发明针对运载火箭理论飞行轨道特点和空间目标在在轨运行规律，本发明提出了一种针对零窗口发射的运载火箭碰撞评估快速计算方法，该方法有效解决运载火箭零窗口发射前与空间目标碰撞评估对高时效性的需求。

技术领域

本发明涉及航天测量与控制领域，尤其涉及一种零窗口发射的运载火箭碰撞评估快速计算方法。

背景技术

由于国民经济建设的需要，进入空间和和平利用空间已经成为各航天大国竞相发展的重要领域。随着航天事业的发展，空间目标数量的急剧增加，太空环境已日益恶化，正严重威胁着在轨航天器的安全运行。截止2020年底，美国联盟太空作战中心公布的可跟踪在轨空间目标总数接近21000个。据统计，有超过10万个直径大于1cm的空间目标在轨运行，直径小于1cm的的微小碎片则数以百万计。由于空间目标极高的运动速度，微小碎片的碰撞就能侵蚀航天器表面，较大尺寸的空间目标和航天器的碰撞能直接造成航天器损坏，导致航天器故障甚至解体，对航天器的正常运行带来极大的危害。同时，碰撞产生的空间碎片也不断对有限的太空轨道资源构成严重的危害。尤其是当某一轨道高度的空间目标密度达到某一临界值后，空间目标之间的链式碰撞过程将会造成轨道资源的永久破坏。因此，为了安全、持续地开发和利用太空资源，就必须不断提高对空间目标之间碰撞事件的分析预测能力。当前，世界各航天大国已经在空间目标碰撞评估及分析预测方面开展了工作。

随着空间目标的持续增加，除了关注在轨航天器与空间目标之间的碰撞风险外，即将发射的运载火箭在飞行过程中与空间目标之间的碰撞风险也需要重点关注。因此，为了避免运载火箭发射过程中出现碰撞风险，联合国和平利用外层空间委员会在《外层空间活动长期可持续准则》中建议：应该对拟发射的空间物体进行发射前的交会评估，以避免在发射期间与空间目标有可能发生碰撞的风险。

根据航天器飞行任务的不同，当其运行轨道和运载火箭的飞行轨道确定之后，运载火箭的发射窗口即可确定。一般情况下运载火箭的发射窗口都在十分钟甚至半小时以上。但在某些特殊情况下，例如与国际空间站进行交会对接的货运飞船或是由于发射区域天气影响，此时的发射窗口会大幅缩小甚至仅有零窗口满足发射条件，零窗口发射即只能在某一特定的时刻发射运载火箭才能满足任务条件。开展零窗口发射的运载火箭碰撞评估分析工作，就是针对给定的零发射窗口，利用其发射前的理论飞行轨迹，准实时评估其是否满足给定的碰撞安全条件，碰撞安全条件为：所有空间目标中没有危险目标与运载火箭之间存在碰撞风险。目前，大多数学者都是针对在轨航天器与空间目标之间的碰撞风险开展分析研究，而针对运载火箭发射前特别是零窗口发射开展碰撞评估的研究较少。两者的不同之处在于，开展零窗口发射碰撞评估大多是是在特定紧急情况下提出的，一般要求准实时完成；而在轨航天器碰撞风险评估的时效性要求是小时级的，其时效性要求与前者相比要小得多。因此，若仍采用传统的航天器碰撞评估方法开展运载火箭零窗口发射的碰撞评估，是难以满足其准实时时效要求的。

发明内容

针对运载火箭理论飞行轨道特点和空间目标在轨运行规律，本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种零窗口发射的运载火箭碰撞评估快速计算方法。能够有效解决运载火箭零窗口发射前与空间目标碰撞评估对高时效性的需求。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

S1：针对给定的零发射窗口时刻，估算运载火箭每一秒距地面的高度；

S2：准实时评估其是否满足给定的碰撞安全条件；

S3：对于步骤S2中与运载火箭有碰撞风险的空间目标计算交会所需要的特征时间，若没有碰撞风险，则计算结束，若有风险则进入下一步；