Автореферат (Методика оценки долговременной эволюции техногенного засорения низких околоземных орбит при реализации активного удаления космического мусора), страница 2

Получены акты о внедрении результатов в НТЦ «Космонит» ОАО«Российские космические системы» и в МАИ на кафедре 604 «Системный анализи управление».Апробация работыРезультаты работы докладывались и получили одобрение на отечественныхи международных научно-технических конференциях: 6-я Европейскаяконференция по космическому мусору (г. Дармштадт, Германия, 2013), 65-йМеждународный астронавтический конгресс (г. Торонто, Канада, 2014), 19-яМеждународная научная конференция «Системный анализ, управление инавигация» (г. Анапа, 2014), 13-я Международная конференция «Авиация икосмонавтика - 2014» (г.

Москва, 2014).Результаты по теме диссертации опубликованы в 3 статьях, входящих вперечень ВАК Минобрнауки России, в 1 статье входящей в базу данных Scopus, в1 монографии, в сборниках тезисов и сборниках трудов 4 конференций.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, спискалитературы. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит64 рисунка, 61 формулу и 36 наименований литературных источников.Основные положения, выносимые на защиту1. Методика оценки долговременной эволюции техногенного засорениянизких околоземных орбит при реализации активного удаления КМ, основаннаяна раздельном моделировании и статистической модели КМ.2.

Частные компоненты статистической модели КМ:- расчета статистических распределений КМ;- оценки частоты столкновений;- оценки последствий столкновений;необходимые для оценки долговременной эволюции техногенногозасорения низких околоземных орбит объектами размером более 10 см приреализации активного удаления.3. Программно-математическое обеспечение для оценки долговременнойэволюции техногенного засорения низких околоземных орбит объектамиразмером более 10 см при реализации активного удаления КМ.64. Результаты сравнительного анализа и рекомендации по областям низкихоколоземных орбит для активного удаления КМ.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВведение посвящено обоснованию актуальности и новизны задачиразработки методики оценки долговременной эволюции техногенного засорениянизких околоземных орбит при реализации активного удаления крупных объектовкосмического мусора для объектов размером более 10 см.Первая глава содержит анализ техногенного засорения околоземногокосмического пространства, методов его ограничения и снижения, постановкузадачи исследования.

Целью данного анализа является выявление наиболееактуальных задач в области исследования методов снижения и ограничениятехногенного засорения, а также формулировка задач, позволяющих достичьпоставленной цели, а именно:1) разработать методику оценки долговременной эволюции техногенногозасорения низких околоземных орбит при реализации активного удалениякосмического мусора на основе раздельного моделирования и статистическоймодели КМ;2) сформировать набор частных математических моделей космическогомусора и модифицировать для использования в методике;3) разработать программно-математическое обеспечение для оценкидолговременной эволюции техногенного засорения низких околоземных орбитпри реализации активного удаления космического мусора для объектов размеромболее 10 см;4) провести оценку долговременной эволюции техногенного засорениянизких околоземных орбит объектами размером более 10 см для различныхсценариев,сравнительныйанализрезультатовдляподтвержденияработоспособности методики и программно-математического обеспечения,выявить области низких околоземных орбит, для которых активное удалениекосмического мусора наиболее актуально в будущем.В данной главе обосновывается выбор области низких околоземных орбит,как области ОКП, для которой актуально проводить данное исследование.Рассматривается и обосновывается использование статистической модели КМ длярешения задачи оценки долговременной эволюции, анализируются возможныеметоды активного удаления, как доказательство факта проработки данныхметодов и возможности их применения в будущем.Вторая глава содержит описание разработанной методики исформированного набора модифицированных для использования в методикечастных моделей космического мусора.7Особенностью статистической модели КМ является то, что техногенноезасорение полностью описывается статистическими распределениями.

Дляобласти низких околоземных орбит (с высотой до 2000 км) используетсядопущение, что статистические распределения трех угловых элементов орбит(средней аномалии в начальный момент времени, долготы восходящего узла иаргумента перигея) являются равномерными. В качестве исходных данныхмодели выступают распределения трех элементов орбиты: высоты перигея,наклонения и эксцентриситета, а также распределение баллистическихкоэффициентов объектов. Однако, в качестве объектов для удаления выступаетотносительно малое, по сравнению с общей популяцией КМ, количествообъектов, соответствующих определенным требованиям или критерию удаления.Поэтому целесообразным является выделение из общего множества объектов (Х),рассматриваемых в исследовании, подмножества объектов (ADR), к которымможет применяться операция активного удаления.

Аналогичным образом измножества всех объектов можно выделить подмножество новых запускаемыхобъектов (NEW), к которым применяются меры по ограничению техногенногозасорения. Таким образом, все множество объектов Х будет состоять из трехподмножеств: D – космический мусор, ADR – объекты, к которым может бытьприменена операция активного удаления, NEW – новые запускаемые объекты,относительно которых рассматриваются меры по ограничению техногенногозасорения, Х = ∪∪. С использованием такого разделения всехобъектов на подмножества, к каждому из них можно применить отдельно либоподход со статистическим описанием либо подход с "поштучным" описанием.Множество Х и подмножество D описываются с использованиемстатистической модели КМ и предусмотренных в ней распределений для решениязадач оценки числа взаимных столкновений и последствий столкновений.Подмножества ADR и NEW описываются дополнительно с использованиемполной информации о каждом объекте, аналогично подходу с "поштучным"описанием объектов, для того чтобы учитывать активное удаление объектов КМ имеры по ограничению техногенного засорения в процессе моделирования.Прогнозирование орбитальной эволюции объектов подмножестваосуществляется с использованием подхода, предложенного в статистическоймодели КМ.Прогнозирование орбитальной эволюции объектов из подмножествиосуществляется с использованием прогнозирования орбитальныхэлементов каждого объекта отдельно, т.е.

каждый объект из данных подмножествбудет описываться отдельным набором параметров, чтобы его можно былоисключить из статистических распределений, которыми описывается множествоХ.8Последовательность шагов методики.I. Исходные данные.− Исходными данными о популяции космических объектов выступаютследующие параметры каждого объекта с высотой перигея менее 2000 км:некоординатные параметры:1) тип объекта: РБ, КА, крупный операционный мусор, КМ;2) масса объекта;3) диаметр объекта;4) характерная площадь объекта;параметры орбиты:5) большая полуось;6) эксцентриситет;7) наклонение.− Аналогичными параметрами задается прирост объектов вследствие новыхзапусков в будущие моменты времени.− Задается сценарий прогноза, в котором описывается критерий активногоудаления КМ, количество удаляемых объектов, учет мер по ограничениютехногенного засорения.Исходные данные также могут быть заданы в виде распределений дляподмножества D и списка с параметрами каждого объекта из подмножеств ADR иNEW.II.

Оценка долговременной эволюции техногенного засорения приреализации активного удаления.− На основании исходных данных о популяции космических объектов сучетом критерия удаления все объекты разделяются на два подмножестваи.− Для объектов из подмножествастроятся соответствующиераспределения трех элементов орбиты: высоты перигея, наклонения иэксцентриситета, а также распределение баллистических коэффициентовобъектов.− Каждый объект подмножестваописывается отдельно сиспользованием 7 параметров представленных выше.

На основании данных 7параметров всегда можно построить соответствующие распределения,аналогичные распределениям для подмножества .− Прогнозирование ведется с шагом один год по времени.− При прогнозировании учитывается тот факт, что изменение наклонениядля объектов в области низких околоземных орбит не испытывает вековых9возмущений и слабо изменяется, поэтому при решении данной задачиорбитальная эволюция рассчитывается для высоты перигея и эксцентриситета.− Задаются объекты NEW, аналогично объектам подмножества, приэтом каждому объекту присваивается дополнительный параметр с годом запуска,для учета мер по ограничению техногенного засорения.− С использованием распределений для объектов из подмножеств,ипутем их суммирования строятся распределения общегомножества Х.− С использованием распределений множества Х и статистической моделиКМ рассчитываются оценки количества и последствий столкновений на заданноминтервале времени, которые описываются аналогичными распределениями идобавляются в распределения подмножества D.− Проводится прогноз орбитальной эволюции объектов из подмножеств,ина заданный интервал времени.

Для подмножества используетсястатистическая модель КМ, в которой прогнозируется распределение высотперигея объектов. Для подмножествипрогнозируются орбитальныепараметры высоты перигея и эксцентриситета каждого объекта отдельно. Поокончании шага получаются перестроенные распределения подмножеств,ии параметры объектов подмножестви.− Если на данном шаге учитывается активное удаление КМ, согласнокритерию удаления из подмножестваудаляется заданное количествообъектов, после чего перестраиваются распределения объектов данногоподмножества.− Если на данном шаге учитываются меры по ограничению техногенногозасорения для объектов из подмножества NEW, запущенных в заданном годуранее, согласно учитываемым мерам каждый объект из множества NEW либоудаляется из него, либо ему задаются требуемые согласно мерам ограниченияорбитальные параметры.