●目錄
前言
第1章  空間繫統復雜性概述  1
1.1  空間環境復雜性分析  2
1.2  航天器繫統復雜性分析  3
1.2.1  傳統低軌衛星通信繫統  5
1.2.2  新興低軌大規模衛星星座  6
1.3  空間競爭因素復雜性分析  8
1.3.1  空間軌道和頻譜資源爭奪更加激烈  9
1.3.2  空間軍事化和武器化進程不斷深化  9
1.3.3  外空國際規則進入長期博弈期  10
參考文獻  10
第2章  空間碎片環境建模研究綜述  12
2.1  空間碎片環境演化模型  12
2.1.1  以單個空間碎片的運動狀態為變量的演化模型  12
2.1.2  以宏觀狀態量為變量的整體演化模型  19
2.2  空間碎片環境長期演化建模的關鍵問題  21
2.2.1  空間碎片環境長期演化的力學模型  21
2.2.2  空間碎片狀態推演積分方法  22
2.2.3  空間碎片環境演化過程中目標踫撞概率的計算方法  23
2.2.4  空間目標爆炸或踫撞解體的模擬方法  24
2.2.5  空間碎片環境演化的高效數值計算方法  25
2.2.6  空間碎片環境長期演化結果的精度分析  25
2.3  空間碎片環境帶來的安全問題研究  26
2.3.1  空間碎片環境對空間資源可持續開發利用帶來的風險  26
2.3.2  空間碎片環境對航天器的踫撞風險  27
參考文獻  28
第3章  空間碎片環境的長期演化計算模型  35
3.1  空間碎片環境演化的攝動力計算模型  36
3.1.1  地球非球形攝動力對空間碎片環境演化的影響  37
3.1.2  大氣阻力對空間碎片產生的攝動力加速度  43
3.1.3  太陽/月球三體引力對空間碎片產生的攝動力加速度  44
3.1.4  太陽光壓攝動力加速度  45
3.2  空間碎片演化過程的踫撞事件建模  45
3.2.1  空間碎片環境演化的踫撞概率計算模型  45
3.2.2  目標解體產生空間碎片的模擬方法  54
3.3  空間碎片演化過程的航天發射活動  61
3.4  基於春分點根數的空間碎片運動狀態長期平均積分模型  61
3.4.1  利用春分點根數描述的參數運動方程  62
3.4.2  參數運動方程的一階平均解  64
3.4.3  長期平均積分模型的計算結果分析  73
3.5  大規模空間碎片演化的並行計算框架  79
3.5.1  空間碎片狀態更新的並行計算框架  79
3.5.2  踫撞概率的並行計算框架  83
3.6  長期演化計算模型的軟件實現方案  84
3.6.1  基於MPI標準的高效並行演化計算軟件  84
3.6.2  演化結果處理與顯示軟件  86
參考文獻  87
第4章  空間碎片環境的分層離散化演化模型  90
4.1  基於平均空間密度的空間碎片分布狀態描述方法  90
4.2  空間碎片分布空間的分層離散化  94
4.2.1  編目目標在空間中的分布特點  94
4.2.2  空間碎片分布空間的離散化  98
4.3  分層離散化模型的約束控制方程  100
4.3.1  大氣阻力作用下軌道高度的平均衰減速度  101
4.3.2  目標相互踫撞作用的平均等效方法  104
4.3.3  約束控制方程的微分形式  107
4.4  分層離散化模型的解  108
4.4.1  簡化分層離散化模型的解析解  108
4.4.2  分層離散化模型的數值解  110
參考文獻  111
第5章  空間碎片環境的長期演化結果與主要影響因素分析  112
5.1  理想演化條件下兩種模型的長期演化結果與對比分析  112
5.1.1  僅有攝動力作用下的長期演化結果  113
5.1.2  理想演化條件下的長期演化結果  118
5.2  航天器爆炸解體對空間碎片環境演化的長期影響  125
5.3  航天發射活動對空間碎片環境演化的長期影響  129
5.4  空間碎片清除策略對空間碎片環境演化的長期影響  132
5.5  小結  135
參考文獻  136
第6章  解體空間碎片雲長期演化的分布特點及其踫撞風險分析  137
6.1  解體空間碎片雲演化的三個階段  137
6.2  解體空間碎片雲的長期演化分布特點  140
6.3  解體空間碎片雲的踫撞風險分析  142
6.4  小結  144
參考文獻  144
第7章  大型在軌運行航天器繫統受空間碎片踫撞風險評估  145
7.1  航天器運行空間內空間碎片分布狀態的描述方法  145
7.2  基於邊界穿越條件的踫撞概率計算方法  146
7.2.1  基於邊界穿越條件的空間密度計算方法  147
7.2.2  利用穿越真近點角確定踫撞速度  150
7.2.3  航天器踫撞風險計算流程和分析方法的應用條件  153
7.3  天宮二號在軌運行期間的踫撞風險分析  154
7.4  小結  159
參考文獻  159
第8章  超級星座對空間碎片環境的影響分析  160
8.1  超級小衛星星座的部署和長期演化條件  161
8.2  包含超級小衛星星座時空間碎片環境的長期演化結果  163
8.3  小衛星采取離軌清除策略時空間碎片環境的長期演化結果  165
8.4  小結  168
參考文獻  168
第9章  中軌道衛星軌道長期預報模型  170
9.1  攝動力模型的建立  170
9.1.1  地球非球形攝動力作用特點分析  171
9.1.2  太陽/月球三體引力對航天器產生的攝動力加速度  172
9.1.3  太陽光壓對航天器產生的攝動力加速度  172
9.2  長期預報模型的建立  173
9.2.1  利用春分點根數描述的參數運動方程    174
9.2.2  參數運動方程的一階平均解  176
9.3  中軌道衛星長期預報模型精度驗證  184
參考文獻  189
第10章  中軌道導航衛星廢棄軌道長期演化安全性分析  191
10.1  中軌道導航星座軌道長期演化分析  191
10.1.1  GPS  191
10.1.2  GLONASS  193
10.1.3  Galileo  194
10.1.4  BDS  196
10.2  初始軌道根數對中軌道導航衛星長期演化的影響  198
10.2.1  初始偏心率的影響  198
10.2.2  升交點赤經和近地點幅角的綜合影響  199
10.3  小結  201
參考文獻  201
第11章  中軌道導航衛星廢棄軌道優化設計  202
11.1  廢棄軌道優化模型  202
11.2  軌道機動模型  204
11.3  廢棄軌道帶區間的選取  206
11.4  廢棄軌道優化分析  208
11.4.1  抬升處置優化分析  209
11.4.2  下推處置優化分析  211
11.5  小結  213
參考文獻  213
第12章  空間交通管理概念與政策  214
12.1  空間交通管理的歷史與現狀  214
12.2  空間交通管理的概念  215
12.2.1  國際宇航科學院對空間交通管理概念的界定  215
12.2.2  歐盟對空間交通管理概念的界定  215
12.2.3  美國對空間交通管理概念的界定  216
12.3  空間交通管理的核心——數據和法律  216
12.3.1  數據  216
12.3.2  法律  217
12.4  美國空間交通管理政策提出的背景  218
12.4.1  太空正變得越來越擁擠且越來越具競爭性  218
12.4.2  太空商業活動數量和多樣性顯著增加  219
12.4.3  國際社會缺乏有效的空間交通管理規則框架  219
12.5  美國空間交通管理政策分析  222
12.5.1  內容解讀  222
12.5.2  主要特點  226
12.5.3  總體評價  229
12.6  空間交通管理國際法律制度的構建要素  230
12.6.1  現有外空國際規則的問題  231
12.6.2  空間技術的影響  231
12.6.3  各國的共識  231
參考文獻  232
第13章  空間交通安全規則與管理策略  233
13.1  軌道資源分析  233
13.2  典型軌道分配規則研究  240
13.2.1  在軌SSO航天器統計分析  240
13.2.2  SSO航天器攝動分析  242
13.2.3  SSO航天器安全管理規則  244
13.2.4  SSO航天器安全管理策略  246
13.3  航天器運行規則研究  247
13.3.1  踫撞危險評估  247
13.3.2  踫撞規避機動  248
13.3.3  數據精度影響  249
13.3.4  規則1和規則2  250
13.3.5  規則3和規則4  251
13.4  航天器入軌和離軌管理策略研究  251
13.4.1  中軌道GNSS廢棄衛星處置現狀  252
13.4.2  中軌道衛星廢棄軌道設計現狀  257
13.4.3  中軌道衛星廢棄軌道優化設計  260
13.4.4  北鬥中軌道衛星離軌策略  263
參考文獻  278
彩圖

本書分析了空間環境的復雜性，繫統研究了空間碎片環境的建模與長期演化，研究了空間碎片環境的分層離散化演化模型、空間碎片環境的長期演化結果與主要影響因素、解體碎片雲的長期演化分布特點及其踫撞風險分析、大型在軌航天器繫統受空間碎片踫撞風險評估，對超級衛星星座繫統對碎片環境的影響和中軌道導航衛星廢棄軌道長期演化安全性進行了研究；介紹了空間交通管理理論，研究了空間交通管理方法，建立了空間繫統安全管理平行繫統與計算試驗繫統。