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发信人: yufei (随风飘荡), 信区: AerospaceScience
标  题: 空间碎片环境模型(二)
发信站: 紫丁香 (Wed Sep  1 20:34:13 1999), 转信

2 现有的空间碎片环境模型
　经过各国空间碎片专家的多年研究，目前已经提出9种可供使用的空间
碎片环境模型。这些模型的主要特点见表1。

  表1 空间碎片环境模型

模型名称     来源    适用时期现有设计模型最小尺寸轨道范围
CHAIN        NASA       长期           无     1cm      低轨道
CHAINEE     欧空局      长期           无     1cm      低轨道
EVOLVE       NASA    短期和长期        无     1mm      低轨道
IDES    防卫研究局   短期和长期        无   0.01mm     低轨道
LUCA  布伦瑞克大学      长期           无     1mm  低/中高轨道
MASTER      欧空局      短期           有    0.1mm 低/静止轨道
NAZARENK俄罗斯空间局短期和长期        无    0.1mm      低轨道
ORDEM96      NASA       短期           有    1μm       低轨道
SDM/STAT欧空局/CNUCE 短期和长期        无     --   低/静止轨道

　　空间碎片环境模型分为短期模型和长期模型二类。短期模型适用于估计
10年以内的空间碎片发展趋势；长期模型适用于估计10年~100年内的空间碎
片发展趋势。

2.1 短期模型
　短期模型可用于测算当前的空间碎片环境，大致有以下6种模型。
　① EVOLVE 系NASA约翰逊航天中心根据低轨道和地球静止轨道的空间
碎片数据建立的模型，可用于低轨道上空间碎片环境的短期和中长期预测。

　② ORDEM96 系NASA约翰逊航天中心根据遥测数据和原位测量数据建立
的半经验工程模型，正在为美国航天飞机的运行和国际空间站的设计服务。
　③ MASTER 是欧空局根据空间碎片的密度和速度数据进行三维离散化
而建立的半确定性模型，适用于各种高度轨道上空间碎片环境的短期预测。
　④ IDES 是英国防卫评价研究局空间部根据过去和未来的具体轨道交
通模型建立的模型，用于空间碎片环境的短期和长期预测，还能预测具体
卫星在碎片环境中受到的碰撞通量。
　⑤ NAZARENK 是俄罗斯空间局根据俄罗斯和美国登记在册的碎片数据
建立的半分析性随机模型，可用于对低轨道空间碎片的密度和速度的三维
分布进行短期和长期预测。
　⑥ SDM 是欧洲空间局和意大利空间局联合开发的半确定性模型，用于
空间碎片环境的短期和长期观测。
2.2 长期模型
　建立空间碎片的长期模型除了要考虑与短期模型一样的碎片增长因素
和减少因素外，特别要重视大碎片(直径大于10 cm)之间的碰撞产生新碎片
的机制。虽然，目前碰撞的概率很小，对碎片数目的增长影响不大，但是
今后碎片越来越多时，这个因素就不容忽视，因为碰撞的概率是与碎片数
目的平方成正比的。
　建立空间碎片的长期模型需要以以下一些基本假设为前提：
　　① 未来空间发射的频率；
　　② 未来每次发射的有效载荷的数目和尺寸；
　　③ 未来与飞行任务有关的碎片数目；
　　④ 未来末级火箭及航天器爆炸的次数；
　　⑤ 未来低轨道卫星星座及组成星座的卫星的数目；
　　⑥ 未来因回收、脱轨等缓减措施而使碎片减少的数目。
　实际上，这些基本假设的数据往往因技术、资金、政治等原因而发生变
化。因此，存在很大的不确定性，从而使模型的误差明显增加。
　　已可供使用的长期模型有以下6种。
　① CHAIN和CHAINEE CHAIN是德国不伦瑞克技术大学为NASA开发的，NASA
在使用时作了改进。CHAINEE是模型CHAIN的欧洲版本，由欧空局使用。该模
型是一种“箱中粒子”分析模型，它把2 000 km以下的空间区域划分成4个
高度段，将空间碎片划分为5种质量级，计算碎片的总数和碰撞风险。该模
型还可用于评估具体缓减措施的效果。
　② EVOLVE 这是NASA建立的半确定性模型，可用于逐个测算空间碎片的
各种参数，既可模拟当前的碎片环境，也可利用蒙特卡洛法来研究在采取某
种缓减措施以后，碎片环境未来的演变趋势。
　③ IDES 由英国防卫评价研究局空间部开发，可用于预示当前的空间碎
片环境，也可就给定的具体飞行任务模拟空间碎片未来的发展，还可以用来
研究低轨道卫星群的碰撞作用和评估碎片缓减措施的效果。
　④ LUCA 是德国布伦瑞克技术大学建立的半确定性模型，特别适用于
预测各种不同高度和倾角的轨道上碎片碰撞的风险。
　⑤ SDM/STAT SDM为半确定性模型，STAT为随机模型。SDM模型，通过参
数研究，分析空间发射策略和缓减措施对未来空间碎片环境演变的影响。
STAT是一种“箱中粒子”模型，通过求解耦合微分方程，计算碎片总数和
碎片轨道的半长轴和偏心率。这两种模型的计算结果相似，可以相互比照。
　⑥ NAZARENK 是俄罗斯空间局开发的半分析随机模型，用于低轨道碎片
环境的短期和长期预测，可提供碎片的密度和速度的空间分布以及碰撞风险
评估。
　上述6种空间碎片环境的长期模型，虽由于其建模所取的基本假设和初
始条件有所不同，所得的结果在数值上也并不完全一致，但是它们的基本趋
势和发展方向是一致的。

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    会挽雕弓如满月，
    西北望，射天狼。
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