近日，中国科学院云南天文台应用天文研究团组的舒鹏等人与合作者在地球静止轨道碰撞碎片云的短期演化和风险分析方面取得了新的研究进展，相关成果发表在国际宇航科学院期刊《国际宇航学报》（Acta Astronautica）上。
地球静止轨道因其独特的对地静止特性，部署了大量高价值航天器。由于目标分布较为集中，且缺乏天然的碎片清除机制，这一区域对太空解体事件较为敏感。
2024年10月19日，国际通信卫星公司报告其Intelsat 33E（IS-33e）高轨卫星在轨运行时发生异常，不久后，美国太空军确认该目标已解体，空间态势感知公司ExoAnalytic Solutions发现了700多颗关联碎片。受测量几何约束和传感器分辨率的限制，高轨道区域的大量小尺寸碎片无法被及时跟踪定轨，与航天器的高速碰撞可能产生灾难性的后果。
舒鹏等人借鉴流体力学欧拉视角发展了一种完全概率密度表征的解体碎片云演化建模方法。通过对碰撞产生的两团碎片分布函数进行加权，实现了以单个概率密度函数表征两簇解体碎片分布。通过求解空间约束下的轨道边值问题，得到了空间任意位置的解体碎片全状态分布函数，并进一步分析了不同位置航天器遭受到的瞬时撞击率和累积碰撞风险。研究结果显示，地球静止轨道区域的航天器与毫米级碎片碰撞的概率可能会在解体36小时内增加到1%，而与5厘米以上碎片的碰撞概率可能达到10−5。这些发现表明了地球静止轨道区域面对太空交通事故的脆弱性。
该研究工作得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。
图 1 三维空间解体碎片云密度分布
图 2 赤道平面碎片云密度演化
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