Автореферат (Методика оценки долговременной эволюции техногенного засорения низких околоземных орбит при реализации активного удаления космического мусора)

На правах рукописиУсовик Игорь ВячеславовичМЕТОДИКА ОЦЕНКИ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ЭВОЛЮЦИИТЕХНОГЕННОГО ЗАСОРЕНИЯ НИЗКИХ ОКОЛОЗЕМНЫХ ОРБИТ ПРИРЕАЛИЗАЦИИ АКТИВНОГО УДАЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРАСпециальность 05.13.01Системный анализ, управление и обработка информации(авиационная и ракетно-космическая техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2015Работа выполнена на кафедре «СистемныйСистемный анализ и управление»Федерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего профессионального образования «МосковскийМосковский авиационный институт(национальный исследовательский университет)» (МАИ).НаучныйМалышев Вениамин ВасильевичВасильевич, доктор технических наук,руководитель:профессор заведующий кафедрой «Системныйпрофессор,Системный анализ иуправление МАИ.управление»ОфициальныеВениаминов Станислав Сергеевич - д.т.н.,д.т.н проф., старшийоппоненты:научныйсотрудникЦентральногонаучноисследовательского института войск воздушно-космическойвоздушнообороны (ЦНИИ ВВКО) Министерства обороны РоссийскойФедерацииедерации, член экспертной рабочей группы покосмическим угрозам при Совете РАН по космосу (секция"космическийкосмический мусор").Клишин Александр Федорович - к.т.н., заместительначальника отделения ФГУП НПО им.

С.А.Лавочкина,САчленэкспертной рабочей группы по космическим угрозам приСовете РАН по космосу (секция "космическийкосмический мусор").ВедущаяИнститут космических исследованийдований Российской академиинаук.. 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д.д 84/32.организация:Защита состоится « 24 » декабря 2015 г. в 15:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.125.12 в Федеральном государственномбюджетном образовательном учреждении высшего профессиональногообразования«МосковскийМосковскийавиационныйинститут(национальныйисследовательскийдовательский университет)»университет по адресу: 125993, г. Москва,Москва А-80, ГСП-3,Волоколамское шоссе, д.4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегопрофессиональногообразования«МосковскийМосковскийавиационныйинститут(национальный исследовательскийдовательский университет)» по адресу: 125993, г.

Москва, А80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4.http://mai.ru/eventsevents/defence/index.php?ELEMENT_ID=61344=61344Автореферат разослан «»2015 г.Отзывы, заверенные печатью, просим высылать по адресу: 125993,г. Москва, ГСП-3, А-80,80, Волоколамское шоссе, д.4, Ученый совет МАИ.Ученый секретарь диссертационного советаД 212.125.12, к.т.н.,т н доцент2В.В. ДарнопыхОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыКосмические аппараты (КА) стали неотъемлемой частью нашей жизни.

С ихиспользованием мы получаем услуги связи, метеорологическую информацию,проводим научные исследования и обеспечиваем национальную безопасность.Реальное и всё более возрастающее беспокойство относительно безопасности инадёжности этих аппаратов вызывает угроза их столкновения с космическиммусором (КМ).За последнее десятилетие произошел значительный скачок засоренностиобласти низких околоземных орбит (НОО) (до 2000 км), связанный с двумякатастрофическими событиями:1) преднамеренное разрушение китайского спутника Fengyun-1C 11.01.2007,в результате которого образовалось более 3000 каталогизированных объектовКМ;2) столкновение американского действующего спутника связи Iridium 33 ироссийского неактивного КА Космос – 2251 10.02.2009 на высоте около 780 км, врезультате которого образовалось более 2000 каталогизированных объектов КМ.Количество объектов, образовавшихся в результате столкновения КАКосмос 2251 и Iridium 33, значительно больше, чем количество объектов, котороеобразуется в результате одного взрыва составных частей КА или разгонныхблоков (баков, аккумуляторов и.т.п.).Можно выявить всего два фундаментальных средства управления будущимсостоянием техногенного засорения: предотвращение образования и активноеудаление КМ.

С принятием международных руководящих принциповпредотвращения образования КМ, таких как: «Руководящие принципыМежагентского координационного комитета по космическому мусору попредупреждению образования космического мусора» и «Руководящие принципыКомитета ООН по космосу по предупреждению образования космическогомусора», с реализаций мер по снижению образования КМ, были сокращенытемпы роста нового КМ из многих ключевых источников. Национальныммеханизмом решения задачи ограничения техногенного засорения являетсявведенный в действие с 1 января 2009 г.

Национальный стандарт РоссийскойФедерации ГОСТ Р 52925-2008 «Изделия космической техники. Общиетребования к космическим средствам по ограничению техногенного засоренияоколоземного космического пространства». Требования этого стандартагармонизированы с требованиями международных документов.Однако, последние исследования отечественных и зарубежныхспециалистов (А.И.Назаренко, J.-C.Liou, H.Lewis, D.Bastida-Virgili) говорят о3недостаточности применения данных мер в долгосрочной перспективе, потомучто текущее состояние техногенного засорения достигло уровня, когда взаимныестолкновения могут инициировать процесс саморазмножения КМ, широкоизвестный как "синдром Кесслера", даже с учетом реализации всех мер поограничению техногенного засорения. Поэтому в мире приходят к выводу онеобходимости «очистки» околоземного космического пространства (ОКП).Теоретическиеисследованияпометодамактивногоудалениянефункционирующих объектов из ОКП в разных странах ведутся более десятилет.

На крупнейших симпозиумах по вопросам КМ главной задачей ближайшегобудущего называют задачу активного удаления. Однако в настоящее время нетдостаточного обоснования эффективности применения активного удаления надолговременное состояние техногенного засорения. Актуальным и новымнаправлением исследований является оценка влияния активного удалениякосмического мусора на стабилизацию и снижение техногенного засорения вдолгосрочной перспективе.В настоящее время для решения задачи оценки долговременной эволюциитехногенного засорения при реализации активного удаления КМ используетсяметодика, основанная на применении «поштучного» описания космическихобъектов, имитационного моделирования и метода Монте-Карло.

Основныминедостатками данной методики является большое время вычислений однойреализации и малое количество реализаций при оценке, что приводит к большомуразбросу получаемых результатов. В России отсутствуют разработанныеметодики и программные комплексы, которые позволяли бы применить даннуюметодику и решать поставленную задачу.В качестве альтернативы, предлагается методика оценки долговременнойэволюции техногенного засорения при реализации активного удаления КМ,основанная на раздельном моделировании различных групп объектов ииспользовании статистической модели КМ Space Debris Prediction and Analysis(SDPA),разработаннойА.И.Назаренко.Отличительнойособенностьюразработанной методики является существенно меньшие затраты временивычислений.SDPA – это статистическая модель для описания и прогнозированиятехногенного космического мусора.

В модели рассматриваются суммарныеданные о космическом мусоре различных размеров (без «привязки» их кконкретным источникам засорения). Текущее состояние засорения ОКПхарактеризуется: а) зависимостью концентрации КМ от высоты и широты точки иб) статистическими распределениями величины и направления скорости объектовв инерциальной системе координат.4Целью диссертационной работы является обеспечение безопасностифункционирования космических систем на низких околоземных орбитах вусловиях техногенного засорения.Объект исследованияПопуляция космического мусора в области низких околоземных орбит.Предмет исследованияМетодика оценки долговременной эволюции техногенного засорениянизких околоземных орбит при реализации активного удаления космическогомусора.Методы исследованияОсновными методами исследования, используемыми в работе, являются:системный анализ; методы механики космического полета; статистическоемоделирование.

При программной реализации математического обеспеченияиспользуются методы объектно-ориентированного программирования.Научная новизна результатовВ работе получены следующие результаты, обладающие новизной инаучной значимостью:1) методика оценки долговременной эволюции техногенного засоренияобласти низких околоземных орбит при реализации активного удалениякосмического мусора, основанная на раздельном моделировании истатистической модели КМ;2) частные компоненты статистической модели космического мусора дляоценки долговременной эволюции техногенного засорения области низкихоколоземных орбит объектами размером более 10 см при реализации активногоудаления;3) программно-математическое обеспечение для оценки долговременнойэволюции техногенного засорения области низких околоземных орбит объектамиразмером более 10 см при реализации активного удаления космического мусора.Практическая значимость результатов исследования1) Разработанные методика и программно-математическое обеспечениеобладают практической значимостью для принятия административных решенийв области ограничения и снижения техногенного засорения.2) Получены оценки влияния активного удаления космического мусора надолгосрочную эволюцию техногенного засорения области низких околоземныхорбит при различных сценариях;3) Выявлены области низких околоземных орбит, для которых в первуюочередь необходимо проводить операции активного удаления космическогомусора для стабилизации и снижения техногенного засорения в долгосрочнойперспективе.5Достоверностьрезультатовподтверждаетсяиспользованиемапробированного математического аппарата, обоснованием полученныхрезультатов сравнительным анализом.Внедрение результатов диссертационной работыРезультаты работы использовались в СЧ НИР «Магистраль» (УстойчивостьКМ-КОСМОНИТ) и в учебном процессе кафедры «Системный анализ иуправление».