空间碎片碰撞风险评估系统的优化

1.系统总体框架

系统总体框架如图4-4所示。空间碎片碰撞风险评估系统（MODRAS）的主程序通过对接口程序的控制，使应用程序系统、信息管理系统和前后置处理系统有机结合起来，以形成完整的系统。MODRAS由框架平台设计、应用程序模块设计和服务软件三部分组成。

图4-3　碰撞概率计算流程

图4-4　碰撞风险评估系统总体框架

2.空间环境模块

空间环境模块为几何遮挡处理模块提供M/OD方向、为碰撞概率计算模块提供M/OD通量。空间碎片碰撞风险仿真评估系统的空间环境模块包括3类分析代码：ORDEM2000、NASA91和NASA SSP-30425。NASA91空间碎片环境模块和NASA SSP-30425微流星体模块都通过解析方式给出，较为容易处理；ORDEM2000空间碎片环境模型仅提供环境数据输出文件（*.dat文件），因此，需要接口程序读取环境数据，然后按照一定格式对碎片通量与方向等数据进行存储。

ORDEM2000为低地轨道（200～2 000 km）空间碎片环境模型，输出6种不同直径的碎片通量数据：≥10μm，≥100μm，≥1 mm，≥1 cm，≥10 cm，≥1 m。在对航天器进行碰撞风险评估时，需要任意大小的空间粒子数据，根据ORDEM2000用户手册，可采用三次样条插值获得10μm～1 m之间任意大小的碎片通量。程序流程设计如图4-5所示。

图4-5　ORDEM 2000空间碎片环境模块程序流程

3.航天器有限元建模模块

由于航天器各部分遭遇M/OD的碰撞风险不同，因此，在进行航天器碰撞风险分析时，需要先对其进行有限元建模，MODRAS通过调用有限元建模软件TrueGrid来实现。程序流程如图4-6所示。

图4-6　有限元建模程序流程

4.几何遮挡处理模块(www.xing528.com)

航天器几何遮挡问题的正确处理是碰撞风险评估的关键环节，其程序流程如图4-7所示。在某一空间碎片来流方向上，只有部分航天器表面壳体会被此来流方向的粒子撞击到，如何获得每个粒子可能撞击到的航天器表面面积，正是几何遮挡模块需要解决的核心问题。几何遮挡处理程序的基本原则是对航天器进行舱段分解，剔除各舱段被遮挡单元，再进行合并，去除舱段间的被遮挡单元。

5.空间碎片碰撞模块

空间碎片碰撞模块是空间碎片碰撞风险评估系统的重要组成部分，该模块中输出评估结果——碰撞数及碰撞概率，是航天器碰撞风险评估的重要数据结果。以前述各模块的输出结果为输入量及碰撞概率计算公式获得M/OD碰撞数及碰撞概率。模块程序流程如图4-8所示。

图4-7　几何遮挡处理模块程序流程

图4-8　空间碎片碰撞模块程序流程