[发明专利]一种商业航天事故危险等级评估方法

说明书

本发明提供了一种民航空域安全视角下的商业航天事故危险等级评估方法，根据亚轨道航空器解体状态，利用蒙特卡洛方法对亚轨道解体事故碎片的传播轨迹进行预测，基于解体碎片云的探测结果，对解体碎片的尺寸及质量进行估计，分离出无法完全烧蚀的碎片，并综合尺寸、质量、传播范围等方面与相应空域航路图比对，进行危险等级评估。本发明在民航空管自动化系统的数据与亚轨道飞行计划的基础上，通过空管一次雷达检测、对亚轨道航空器进行监视。当亚轨道航空器突发解体事故时，可准确评估解体事故碎片的时空分布特征，考虑解体时碎片的初始状态，复杂气象条件、地球自转效应、重力场变化以及碎片属性等因素，建立准确的亚轨道航空器解体碎片场模型。

技术领域

本发明属于亚轨道航空器监测预警服务技术领域，尤其是涉及一种商业航天事故危险等级评估方法。

背景技术

近年来，伴随着商业载人航天活动的蓬勃兴起，亚轨道飞行的商业化进程发展迅速。与此同时，我国的亚轨道发射活动也愈加频繁，在未来可通过使用亚轨道航空器实现高效、低成本的航班化运输能力。

国际机场理事会(ACI)预测：在2025年到来前，航空班次将增加至每年2200万次，在高峰日可达到72000次商业航班和48万次通用航空航班，部分航路航线趋近饱和。同时，亚轨道商业飞行进入快速发展期，高密度的亚轨道发射活动将对民航空域航路网络的安全运行带来极大的潜在风险，采用传统的大面积限制空域使用的方法将会造成空域资源更加紧张、管制负荷加重、航班大面积延迟等现象。据美国航空公司飞行员协会(ALPA)统计^[5]，2018年2月6日，美国太空探索技术公司在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射重型猎鹰火箭，近5000平方海里的空域受到影响，导致中断563个航班，总延误时间4645分钟，总飞行里程增加34841海里，航空公司的利益受到显著影响。

然而，当发生解体事故时，碎片在大气环境中所受的气动力具有一定的随机性，分布和落点较难预测，据FAA计算，任何超过300克碎片的撞击都会导致商用飞机100％的损毁，不足300克的碎片如果撞击到较脆弱的区域，例如飞行操纵面或燃油箱，也依然会产生损毁的后果。

亚轨道碎片分布建模是商业航天事故危险等级评估的关键技术，而有效的商业航天事故危险等级评估是实施安全的空中交通管制的前提。当前，亚轨道航空器解体碎片场模型缺少对影响碎片传播过程的关键因素，如弹道系数、阻力系数等因素的详细阐述。此外，采用蒙特卡罗方法模拟亚轨道解体事故碎片的传播过程，由于小碎片占比过大，导致模拟时巨大的运算量不能满足空中交通管制部门实时计算的效率需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种商业航天事故危险等级评估方法，该方法可以辅助减少碎片危险区预测模型的计算量，提高运算效率，为空中管制人员快速评估航路安全性提供帮助。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种商业航天事故危险等级评估方法，包括如下步骤：

步骤一：通过空管一次监视雷达对航空器进行实时监测，根据监测数据获取航空器飞行状态，当监测到飞行状态异常，采集航空器的数据；

步骤二：建立风场预测模型，对异常航空器相关空域风场进行预测；

步骤三：建立碎片生成模型，基于异常航空器的物理参数仿真碎片；

步骤四：建立碎片云演化模型，基于蒙特卡罗方法对碎片传播轨迹建模；

步骤五：建立碎片烧蚀模型，计算碎片完全烧蚀的临界质量；

步骤六：建立碎片估计模型，结合观测值对碎片云成分进行估计；

步骤七：在碎片云演化模型的基础上，结合碎片估计模型的估计结果、碎片烧蚀模型的临界质量、风场预测模型的预测结果，生成碎片预测模型；