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

Kessler, А.И.Назаренко, J.-C.Liou, H.Lewis и др.) [6 - 10]говорят о недостаточности применения данных мер в долгосрочной перспективе,потому что текущее состояние техногенного засорения достигло уровня, когдавзаимные столкновения могут инициировать процесс саморазмножения КМ,широко известный 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 надолгосрочноесостояниетехногенногозасорения.Актуальныминовымнаправлением исследований является оценка влияния активного удалениякосмического мусора для стабилизации и снижения 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 (КО), имитационного моделирования и метода Монте-Карло[11, 12].Основными недостатками данной методики является большое время вычисленийодной реализации, малое количество реализаций при оценке, что приводит кбольшому разбросу получаемых результатов.7В 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), разработанной А.И.Назаренко [13].

Отличительной особенностьюразработанной методики является существенно меньшие затраты временивычислений.Целью 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 операций активного удалениякосмического мусора.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 новизнаВ работе получены следующие результаты, обладающие новизной инаучной значимостью (в скобках указаны соответствующие пункты паспортаспециальности 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации(Авиационная и ракетно-космическая техника)»):1) методика оценки долговременной эволюции техногенного засоренияобласти низких околоземных орбит при реализации активного удалениякосмическогомусора,основаннаястатистической модели КМ (пп.

2,3,11);нараздельноммоделированиии82) частные компоненты статистической модели космического мусора дляоценки долговременной эволюции техногенного засорения области низкихоколоземных орбит объектами размером более 10 см при реализации активногоудаления (пп. 3);3) программно-математическоеобеспечениедляоценкиэволюциитехногенного засорения низких околоземных орбит для объектами размеромболее 10 см при реализации активного удаления космического мусора (пп.

5).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.Достоверностьапробированногоподтверждаетсярезультатовматематическогоаппарата,использованиемобоснованиемполученныхрезультатов сравнительным анализом.Внедрение результатов диссертационной работыРезультатыработыиспользовалисьвСЧНИР«Магистраль»(Устойчивость-КМ) (Устойчивость-КМ-КОСМОНИТ) и в учебном процессекафедры «Системный анализ и управление»..

Получены акты о внедрениирезультатов в НТЦ «Космонит» ОАО «Российские космические системы» и вМАИ на кафедре 604 «Системный анализ и управление».Апробация работыРезультаты работы докладывались и получили одобрение на отечественныхимеждународныхнаучно-техническихконференциях:6-яЕвропейская9конференция 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 4 статьях, входящих вперечень ВАК Минобрнауки России, в одной монографии, в сборниках тезисов исборниках трудов 6 конференций.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;- последствий столкновений;необходимыедляоценкидолговременнойэволюциитехногенногозасорения 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.4. Результаты сравнительного анализа и рекомендации по областям низкихоколоземных орбит для активного удаления КМ.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:101) 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,сравнительныйработоспособностиметодикианализирезультатовдляпрограммно-математическогоподтвержденияобеспечения.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.Втораяглавасодержитописаниеразработаннойметодикиисформированного набора модернизированных для использования в методикематематических моделей.Статистическая модель КМ в области низких околоземных орбит (с высотойдо 2000 км) использует допущение, что статистические распределения трехугловых элементов орбит (средней аномалии в начальный момент времени,долготы восходящего узла и аргумента перигея) являются равномерными.

Вкачестве исходных данных модели выступают распределения трех элементов11орбиты, характеризующих ее высоту, эллиптичность и наклонение, а такжераспределение баллистических коэффициентов объектов.При прогнозировании техногенного засорения низких околоземных орбитпринимается, что на эволюцию пространственно-временного распределения КМосновное влияние оказывают два фактора: прирост количества новых объектов врезультатезапусков,технологическихопераций,взрывов,взаимныхстолкновений и т.п., с одной стороны, и торможение в атмосфере, в результатевлияния которого происходит уменьшение высоты перигея КО и их сгорание ватмосфере или падение на Землю.