Космическая среда (естественная и искусственная). Модель пространственно-временного распределения плотности потоков техногенного вещества в космическом пространстве

Страница 1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
национальный гост р стандарт
российской 25645.167-
федерации 2005
КОСМИЧЕСКАЯ СРЕДА (ЕСТЕСТВЕННАЯ И ИСКУССТВЕННАЯ)
Модель пространственно-временного распределения плотности потоков техногенного вещества в космическом пространстве
Издание официальное

Страница 2

гост р 25645.167—2005
Предисловие
Цели и принципы стандартизации, а также правила разработки и утверждения Российских национальных стандартов установлены Федеральным законом «О техническом регулировании» от 27.12.02 №184-ФЗ
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Научный центр космических информационных систем и технологий наблюдений)) (ФГУП ЦНК) и Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации» (ФГУП ВНИИстандарт)
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 1 февраля 2005 г. № 11-ст
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется е указателе «Национальные стандарты», а текст изменений — в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»
©Стандартинформ, 2005
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
II

Страница 3

ГОСТ Р 25645.167—2005
Содержание
1 Область применения.................... 1
2 Нормативные ссылки................... 1
3 Определения..................... 1
4 Сокращения и обозначения................... 2
5 Общие положения - .......... 3
6 Определение плотности потока техногенного вещества относительно инерциальной системы координат........................ 5
7 Определение потока техногенного вещества относительно космических аппаратов с типовыми орбитами 9,щ ^................. .15
8 Прогнозирование плотности потока техногенного вещества.......... 24
Приложение А (справочное) Характеристики компьютерных программ для определения пространственно-временного распределения техногенного вещества........ 35
1-236 Ш

Страница 4

ГОСТ Р 25645.167—2005
КОСМИЧЕСКАЯ СРЕДА (ЕСТЕСТВЕННАЯ И ИСКУССТВЕННАЯ)
Модель пространственно-временного распределения плотности потоков техногенного вещества в космическом пространстве
Зрасе епу|гоптеп1 (ла1ига1 ало* агМюа!). Мойн! о) 5ра11а1 апсЗ Итв й1з1г1Ьи1юп (ог зрасе оеопз Них ОепзЛу т 1.ЕО
Дата введения — 2006—01—01
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает модель пространственно-временного распределения плотности потоков техногенного вещества размером более 0,1 см на удалении от поверхности Земли от 200 до 2000 км в произвольный момент времени с 2000 по 2025 г.
Стандарт предназначен для:
- использования в расчетах при определении условий функционирования и полета космических аппаратов в окопоземиом пространстве;
- разработки мероприятий по обеспечению экологической безопасности при создании и эксплуатации орбитальных средств;
- обоснования и оценки эфсрективности мероприятий и рекомендаций, направленных на ослабление антропогенного воздействия на космическую среду;
• обоснования параметров и условий применения наземной и бортовой аппаратуры, предназначенной для измерения характеристик техногенного вещества в околоземном космическом пространстве.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующий стандарт:
ГОСТ 25645.103—84 Условия физические космического пространства. Термины и опредепения
Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по указателю «Национальные стандарты», составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационны»* указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяют в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 околоземное космическое пространство: По ГОСТ 25645.103.
3.2 космический объект: КО: Тело искусственного происхождения, находящееся в околоземном пространстве.
3.3 каталогизированный космический объект: Космический объект размером более 10—30 см, включенный в каталоги сопровождаемых объектов систем контроля космического пространства ипи других служб и организаций.
Издание официальное
1 2№
1
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Страница 5

ГОСТ Р 25645.167—2005
3*4 некатал огиэ и рованный космический объект: Космический объект размером, как правило, менее 10—30 см, образовавшийся в процессе или после прекращения функционирования орбитальных средств в околоземном пространстве и не включенный в каталоги сопровождаемых объектов*
3*5 техногенное вещество: Совокупность каталогизированных и некаталогизированных космических объектов техногенного происхождения, находящихся в околоземном пространстве.
3*6 концентрация техногенного вещества: Среднее число КО в единице объема (в окрестности фиксированной точки) околоземного пространства*
3*7 поток техногенного вещества: Среднее число КО, проходящих в единицу времени через некоторую заданную поверхность.
3*8 плотность потока техногенного вещества: Поток через сферическую поверхность единичного сечения.
3*9 статистические характеристики скорости техногенного вещества: Функции распределения и числовые характеристики радиальной и тангенциальной составляющих скорости КО, а также возможных направлений тангенциальной составляющей скорости в околоземном пространстве.
3*10 относительная скорость сближающихся космических объектов: Векторная разность скоростей некоторого произвольного и заданного КО в момент их максимального сближения.
3*11 средняя относительная скорость: Среднее значение относительной скорости, полученное усреднением относительных скоростей всех КО в окрестности траектории заданного КО (произвольный КО участвует в усреднении один раз)*
3*12 средняя скорость возможных столкновений: Среднее значение относительной скорости, полученное усреднением относительных скоростей всех КО, с которыми может столкнуться заданный КО, т. е* усреднением по множеству возможных столкновений.
3*13 коэффициент технической политики: Показатель интенсивности образования техногенного вещества в интервале прогноза, определяемый отношением числа ежегодно образующихся космических объектов в интервале прогноза (после 2000 г.) к соответствующей средней оценке за время с 1990 по 2000 г.
4 Сокращения и обозначения
4*1 В настоящем стандарте применяют следующие сокращения:
КО — космический объект;
КА—космический аппарат;
ОКП — околоземное космическое пространство;
4*2 8 настоящем стандарте применяют следующие обозначения:
Л — высота точки;
Ф —широта точки; / —номер диапазона размеров КО;
б* — левая граница размеров КО, соответствующая у*му диапазону их размеров; Р Ф* ч>)| — концентрация техногенного вещества для >-го диапазона размеров КО в зависимости от высоты и широты точки; / — наклонение плоскости орбиты;
\Л — тангенциальная составляющая скорости КО (направлена в плоскости орбиты перпендикулярно к радиусу-вектору);
Ц (Л) — среднее значение тангенциальной составляющей скорости, полученное усреднением
скоростей всех КО, которые в произвольный момент времени могут находиться на данной высоте:
V0уи —относительная скорость сближающихся КО;
А — угол между тангенциальными составляющими скорости заданного КО и относительной скорости некоторого произвольного КО; Р^отм И)—статистическая плотность распределения направления тангенциальной составляющей относительной скорости, полученная путем усреднения относительных скоростей всех
2

Страница 6

ГОСТ Р 25645.167—2005
КО. которые находятся в окрестности траектории заданного КО (произвольный КО участвует в усреднении один раз): Р^стл — статистическая плотность распределения направления тангенциальной составляющей скорости возможных столкновений, полученная усреднением по множеству возможных столкновений;
V.. т л —средняя скорость возможных столкновений КА с техногенным веществом;
Р —поток техногенного вещества; О С1* Ч>)> — плотность потока техногенного вещества для у-го диапазона размеров КО относительно
инерциальной системы координат в зависимости от высоты и широты точки; ОотнСм)>— плотность потока техногенного вещества для)-го диапазона размеров КО относительно КА, находящегося на круговой орбите с высотой Л и наклонением г: N (1Ь 1*2)у —среднее число возможных столкновений некоторого заданного КА с КО)-го диапазона размеров за время от гт до (2; Сы — коэффициент, учитывающий форму и ориентацию рассматриваемого КА; а. р —углы, характеризующие ориентацию заданной оси по отношению к подвижной связан-ной с рассматриваемым КА системой координат; 5 — характерная площадь поперечного сечения КА: Г (I) —функция, учитывающая изменение потока техногенного вещества в интервале прогноза от начального момента г. до момента времени Г; К — коэффициент технической политики.
5 Общие положения
5.1 В соответствии с моделью пространственно-временного распределения техногенного вещества в околоземном пространстве определяют:
- плотность потока техногенного вещества относительно инерциальной системы координат в начальный момент времени /0 = 2000 г.;
* плотность потока техногенного вещества относительно КА, движущихся по типовым орбитам, в начальный момент времени 1а = 2000 г.:
- плотность потока техногенного вещества в произвольный момент времени от 2000 до 2025 г.
5.2 Для определения пространственно-временного распределения плотности потока техногенного вещества в околоземном пространстве используют следующие исходные данные:
- данные систем контроля космического пространства;
- сведения о разрушении космических аппаратов и ступеней ракет-носителей, а такжео выполнении различных операций, предусмотренных программами космических полетов;
- данные радиолокационных и оптических измерений техногенного вещества;
- результаты космических экспериментов по определению непосредственного воздействия техногенного вещества на конструкцию КА.
Примечание — Перечисленные исходные данные используют для настройки математических моделей техногенного вещества. Их точностные характеристики определяются физическими принципами, методами и средствами обнаружения, наблюдения и контроля техногенного вещества в околоземном пространстве.
5.3 Характеристики пространственно-временного распределения техногенного вещества строят на основе данных, перечисленных в 52. с помощью математического моделирования техногенного загрязнения околоземного пространства. Точность характеристик пространственно-временного распределения техногенного вещества определяется точностью исходных данных, а также допущениями, применяемыми при математическом моделировании. Основные характеристики компьютерных программ для определения пространственно-временного распределения техногенного вещества приведены е приложении А.
5.4 Характеристики пространственно-временного распределения космических объектов определяют для восьми диапазонов их размеров, приведенных в таблице 5.1.
3

Страница 7

ГОСТ Р 25645.167—2005
Таблица 5.1 — Разбиение размеров и средней массы КО на диапазоны
На н меню аа ниа помазатеян Диапазон размеров для )
А 5 6
Размеры, см От 0.10 От 0.25 От 1,0 ^^Т О.У до 10 Свыше 20
Средняя масса, кг 0.86-10гй 0.58-10^ 0.28-1 О*3 0.0016 0,010 0.064 0.363 300
Плотность. г/см3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9
Примечани е —Диапазон } = 8 относится к каталогизированным космическим объектам.
5*5 Значения функции О (Л. ч> *. м ?тод"1; характеризующей плотность потока космических объектов ; ■ го диапазона размеров относительно инерциальной системы координат в зависимости от высоты и широты точки, вычисляют в процессе математического моделирования по формуле
О(м0, »Р(А-*>д(Л). (1)
где р (П. <р) — концентрация космических объектов для /то диапазона размеров в зависимости от высоты и широты точки;
V. (Ь) — средняя тангенциальная составляющая скорости*
5.6 Значения функции Оотн (й. м"2*год*1, характеризующей плотность потока космических объектов относительно КА для различных диапазонов размеров КО. определяют для круговых орбит КА в зависимости от высоты /1 и наклонения I
Значения Оотн (А. О, вычисляют в процессе математического моделирования усреднением мгновенных значений плотности потока, определяемых концентрацией КО и их относительной скоростью в различных точках,
5*7 Значения потока Р, за год для космических объектов различных диапазонов размеров относительно КА простой формы определяют по формуле
Р, = СИ5 0ОТН<М,- (2)
где Си — коэффициент, учитывающий форму и ориентацию КА;
5 —характерная площадь КА.м*; Оотн (Л, —соответствующая плотность потока.
При этом используют допущение, что размеры КА существен но больше размеров КО.
Значения коэффициента Сы устанавливают для элементов конструкции КА различной формы (цилиндр, конус, панель) в виде функций углов а и р. характеризующих ориентацию заданной оси по отношению к подвижной, связанной с рассматриваемым КА. системой координат. Для КА сферической формы принимают
где О — диаметр КА. м.
5*8 В связи с тем. что тангенциальная составляющая скорости КО в среднем на порядок больше радиальной, т. с вектор относительной скорости У01н отклоняется от горизонтальной скорости незначительно, поток КО относительно заданного КА принимают плоским, а направление относительной скорости характеризуют только ее отклонением А от тангенциальной составляющей скорости КА \/г 8 общем случае в процессе математического моделирования относительную скорость вычисляют как векторную раз-

Страница 8

ГОСТ Р 25645.167—2005
ность скоростей соответствен но некоторого произвольного и заданного объектов. Для приближенных вычислений относительной скорости при значениях угла А в пределах ± 90е применяют формулу
Уотн(Л)-2 У,сов(А). (3)
Погрешность вычислений по этой формуле в большинстве случаев не превышает 0,5 км/о 5.9 Статистическую плотность распределения направления тангенциальной составляющей относительной скорости рУотн (А) вычисляют в процессе математического моделирования усреднением соответствующих мгновенных значений в различных точках траектории с учетом концентрации техногенного вещества и возможных направлений относительной скорости КО в этих точках.
Статистическую плотность распределения направления тангенциальной составляющей скорости возможных столкновений рУ^*п (А) в процессе математического моделирования вычисляют по формуле
рУстдМ>- *отнМ>РУотнМ> .
д

Применение этой формулы у^тываот влияние различного вклада КО с различными относительными :коростями в суммарную оценку плотности потока, при этом реализуется переход к усреднению по множе-:гву возможных столкновений.
Среднюю скорость возможных столкновений КА с космическими объектами а процессе математического моделирования вычисляют ло формуле
5.10 Среднее число столкновений КА сферической формы с техногенным веществом разного размера N (1Л, 12\ в интервале времени (Г,. (2) определяют по формуле
где Р, —поток техногенного вещества для у*го диапазона размеров; Р {/) (годы) — функция, учитывающая влияние изменения потока техногенного вещества в интервале прогноза от начального момента времени 1$ до момента времени I
Значения функции рассчитывают в зависимости от размеров техногенного вещества, высоты /?, для которой определены значения потока Рг а также при различных гипотезах об интенсивности образования техногенного вещества на интервале прогноза, характеризуемых коэффициентом технической политики К. Для приближенных расчетов, а также для высот более 1000 км может быть принято приближенное значение Р (I) * I— ^ За начальный момент 1а принят 2000 г.
5.11 Приведенные значения плотности потока техногенного вещества относительно типовых орбит КА не охватывают все возможные виды орбит, например эллиптические орбиты. Поэтому для оценок потока техногенного вещества относительно КА. не рассмотренных в настоящем стандарте, используют математические модели, данные о которых приведены в приложении А.
6 Определение плотности потока техногенного вещества относительно инерциальной системы координат
6.1 При оценке текущей плотности потока КО О (/?, <р), относительно инерциальной системы координат высоту Ь и широту точки ц> задают дискретно соответственно с шагом 100 км и 5°.
6.2 Средние значения тангенциальной составляющей скорости КО V. (/)) , которые при вычислениях по формуле (1} использовались для определения плотности потока О (/?, <р). приведены в таблице 6.1. Эти значения получены усреднением скоростей всех КО заданного диапазона размеров, орбиты которых отличаются высотами, эксцентриситетами и наклонениями.
2—28р
5

Страница 9

ГОСТ Р 25645.167—2005
Таблица 6.1 — Средние значения тангенциальной составляющей скорости
Высота. км Сродная с«орос!ь. кы!с. для диапазона рашероа /
3 4 5 в
250 8.232 8.223 8.214 в.205 В, 196
350 8.188 8 170 8 161 8.134
8.123 8.103 8.067
8.038 8.017 8.012 8,006
650 7.998 7.951
750 7.977 7.948 7.931 7.891
о ею СО У 7.926 7,868 7.854 7,850
7.797
1050 7.738
1150 7.720 7.674 7.688
1250 7 623 7.616 7.648
1350 7.567 7,599
1450 7.578 7.555
1550 7.490 7.474 7.470 7.490
1650 7.471 7.452 7,446 7,424 7.420 7.404 7.428 7,444
1750 7.405 7.395 7.377 7,363 7.354 7.362 7.361 7.407
1650 7.334 7,324 7.315 7.299 7.296 7.300 7,312 7.357
1950 7.266 7.243 7.244 7.231 7.229 7,236 7.250 7.291
6.3 Плотность потока О (л, ч->, для объектов различных диапазонов размеров определяют в соответствии с таблицами 6.2—6.9.

Страница 10

Страница 11

Страница 12

1 =

Страница 13

8 ■ I
I
1
1



1

I
1

*
1
I

3

: 5 1

Страница 14

Страница 15

1 : : !

•
-

■





" %



■
■
■
1

Страница 16

Страница 17

Страница 18

ГОСТ Р 25645.167—2005
7 Определение потока техногенного вещества относительно космических аппаратов с типовыми орбитами
7.1 При оценке плотности потока КО Оотн (л, относительно КА. движущихся по типовым орбитам, в качестве расчетных значений высоты и наклонений приняты следующие значения:
- для высоты л — 200,400,600.800.1000.1200.1400 км;
- для наклонений — 55°, 65°, 75°. 85е, 95°. 105е.
Плотность потока определяют для различных диапазонов размеров КО (у ). приведенных в таблице 5.1.
7.2 Средние скорости столкновений, рассчитанные по о>ормуле (5). мало зависят от размеров КО. Для рассмотренных высот и наклонений типовых орбит средние скорости определяют по данным, приведенным в таблице 7.1.
Таблица7.1 — Средние скорости столкновений Устл
Накпонемие Средняя скорость столкновений Уст • """с. на высоте, «м
400 1200 1400
55° 10.8 10.9 10.9 11,6 10.9 10.8
65" 11.3 11.5 11,3 11.9 11.3 11.1
75° 12.2 12.4 12.3 12,8 12.1 11.9
85° 12.5 12.7 12,6 13.2 12.5 12.4
95° 13.1 13.3 13,2 13,0 12,4 12.2
105° 13.0 13,2 13.1 13,0 12,3 12.0
7.3 Плотность потока 0отн (о. /У КО различных размеров через поверхность КА. движущихся по круговым орбитам с различными высотами и наклонениями, определяют по таблице 7.2. В каждой из
клеток последовательно записаны значения плотности потока для 1.2,____8-го диапазона размеров КО
(/=1.2.....8).
Таблица 7.2 — Плотность потока КО
Наклоне-нне Номер диапамна размеров Платность потока КО. м ' • гоп ' на высоте, км
200 400 600 800 1000 1200 1400
55 • 1 5.18Е-4 9.02Е-Э 2.74Е-2 1.67Е-2
2 4.18Е-5 2.00Е-4 1.58Е-3 2.22Е-3 1.35Е-3
4.23Е-5 3.17Е-4 4.25Е-4 2.47Е-4 2.38Е-4
4 7.64Е-6 6.85Е-5 3.69Е-5
1.81Е-6 7.15Е-6
6 1 44Е-7 4.01 Е-6 2.43Е-6 2.31 Е-6
т 7.07Е-7
о 123Е-6 2.67Е-6 8.96Е-7 1.26Е-6
65' 5.62Е-4 2.69Е-3 9.81 Е-3 2.10Е-2 1 75Е-2 1.74Е-2
2 1.41 Е-3
ч А КОС А 4.59Е-5 1.65Е-4 3.48Е-4 4.49Е-4 2.59Е-4 2.49Е-4
4 1.73Е-6 8.29Е-6 2.94Е-5 5.87Е-5 7.25Е-5 4.06Е-5 3.86Е-5
15

Страница 19

Страница 20

ГОСТ Р 25645.167—2005
7.4 Статистические плотности рУстл (Л) распределения направления тангенциальной составляющей скорости возможных столкновений для круговых орбит с различными наклонениями определяют по данным таблицы 7.3 и рисунка 7.1. Эти распределения мало зависят от размеров космических объектов и высоты орбиты КА Они являются симметричными относительно направления тангенциальной составляющей скорости КА.
Таблица 7.3 — Распределение направлений скорости столкновений для круговых орбит с разными наклонениями
Угол л
8с рож поста попадания направления относи тепьмои
эсти в интервал Л 11* для наиюмечий
105*
Г
0.00013 0,04839 0.01978
3" 0.00010 0.03806 0,03242
5* 0.00008 0.04742
у 0.00017 0,00967 0,03968 0.02880
9* 0,00098 0.02402 0,04051 0.02247
11* 0.00607 0.02181 0.03251 0.02370
13* 0.01294 0.02619
15' 0.02273 0.02393
17* 0,01831 0 01702 0.01597
19" 0.01581 0,02260 0.01476 0.01479
21* 0.01781 0,01326
23' 0 01229 0,01062 0.01125
25' 0.01978 0 01380 (1 П1П61 0.01119

27' \) г\}^ 1 и о 0.01460 0.01075
29' 0.02380 0,01622 0.01038
31* 0,02454 0,01651 0.01065 0.00924
33* 0.01962 0.00850
35' 0.01697 0,01217 0,00655 0.00849
37' 0,01498 0.00763
39* 0.01405 0,00762 0.00543 0.00805

41* 0.01237 0,01000 0.00542 0.00733
43* 0 01401 0 00765 0.00758

45' 0.01346 0,01122 0.00473 0,00740
47' 0.01195 0.00690
49' 0.01019 0,00743
51* 0.00934 0.00624
53* 0.00823 0.00554
55' 0.01006 0.00567
57* 0.00981 0.00515
59' 0,00992 0,00625 0.00412 0,00604
61' 0.00970 0.00737 0.00537 0.00449 0,00473 0.00516
63* 0.00934 0,00797 0.00583 0.00430 0,00465 0,00555
б— 2№
17

Страница 21

Страница 22

—

«
...

-






■
г_____г__
-ИГ"' Егг7

Страница 23

ГОСТ Р 25645.167—2005
7.5 При расчете по формуле (2) потока КО относительно типовых эпементов конструкции КА (цилиндр, конус, панель) в качестве характерной площади 5 используют:
для цилиндра и конуса — площадь осевого сечения; для панели — площадь одной стороны.
7.6 Учет ориентации проводят для всех типовых элементов конструкции, кроме сферы. Для цилиндра и конуса ориентацию задают положением их оси в подвижной орбитальной системе координат. Ориентацию плоского элемента характеризуют соответствующим положением нормали к поверхности. Конкретное положение указанных направлений описывают двумя углами (а и Р) в упомянутой системе координат (рисунок 7.2). Угол а является аналогом азимута. Он отсчитывается в горизонтальной плоскости по часовой стрелке от направления тангенциальной составляющей скорости КА. Угол |1 является аналогом угла места и определяют угол между задаваемым направлением и горизонтальной плоскостью.

на гори»нтальную пгосхостъ
Рисунок 7.2 — Задание ориентации элемента конструкции КА
7.7 Данные о значениях коэффициента С,, для всех возможных вариантов ориентации типовых элементов конструкции КА (цилиндр, конус, панель), движущихся по орбитам с наклонениями в окрестности значений 55е, 75' и 95е, приведены на рисунках 7.3—7.5. Для конуса рассмотрено четыре значения угла раствора: 15°, 30*, 45е и 60*. При приближении углар к90° (перпендикуляру к плоскости потока) коэффициент Сд» становится независимым от угла ач при этом он стремится для тел вращения к 1, а для панели — к0.
20

Страница 24

Страница 25

Страница 26

Страница 27

ГОСТ Р 25645.167—2005
8 Прогнозирование плотности потока техногенного вещества
8*1 Определение среднего числа столкновений N{1^, Ц КА с техногенными объектами /*го диапазона размеров на интервале прогноза , 12) осуществляется по формулам (2) и (6) с использованием данных раздела 7 и приведенных ниже значений функций
8.2 Значения функции Р (Г) выбирают в зависимости от высоты орбиты КА, размеров КО. момента времени Г а также используемой гипотезы об интенсивности образования техногенного вещества на интервале прогноза. Для КА с разными наклонениями и с одинаковой высотой орбиты применяют одно и то же значение функции Р(1).
8.3 При прогнозировании плотности потока КО используются две гипотезы об интенсивности образования техногенного вещества на интервале прогноза, различающиеся значениями коэффициента технической политики К. Для первой гипотезы используется значение К~ 1- Это означает сохранение интенсивности образования КО на уровне предшествующего десятилетия. Вторая гипотеза предполагает, что после 2005 г. будут применены меры по ослаблению техногенного загрязнения, которые уменьшат интенсивность образования техногенного вещества в 2 раза (К= 0,5).
8.4 Применяемые для прогноза потока КО функции Р (I) приведены в таблицах 8.1—8.16. Каждая из таблиц относится к конкретному диапазону размеров КО и используемой гипотезе об интенсивности образования техногенного вещества на интервале прогноза. Функции Р (I) относятся к высотам рассматриваемых в настоящем стандарте типовых орбит КА. 400,600.800,1000.1200 и 1400 км. Для больших высот рекомендуется использовать данные, приведенные для высоты 1400 км.
Таблица 6.1 — Значения функции Р (0 для КО размером 0.1—0,25 см и значения К = 1 на всем интервале прогноза
Год Р \(). соды, для высоты, км
200 400 600 Вор 1000 1200 1400
2000 1,000 1,000 1,000 1.000 1.000 1.000 1.000
2001 2,116 1 Ой ^ 2.012
2002 3,120 3.068 3.041
2003 3,539 4.003 4.138 4.089
2004 5.156
2005 6,306 5,335 6.103 6.341 6.242
2006 7 517 6,297 7.475 7,347
2007 7,329 7,942 8,473
2008 10,823 9.622
2009 9,603 10.182 11.010 10,792
2010 17,932 14,697 10,804 11.761 11,980
2011 19,520 16,086 11,944 12.953 13,186
2012 21,116 12.915 14.123 14.746 14,402
2013 14.687 16.039 15,634
2014 15 784 16,864
2015 16.909 18.695 18,152
2016 21,794 19,438
2017 20 234 21.439 20,743
*УГ\ л о 18,931 20.459 22,069
2019 31 951 26.41-1 24.272 23.417
2020 21,379 24,787
2021 36,903 26.17-1
2022 25.589 28 69:1 27,578
2023 40,133 24,932 26.606 28.246 30.210 28,969
2024 41,431 34,211 25,949 28.024 29.603 31.755 30,416
2025 42,613 35,253 26,942 29.245 30.972 33.325 31,860
24

Страница 28

Страница 29

-






—
■ :







-
-- -— -"— —г—-

Страница 30

Страница 31

гост р 25645.167—2005
Окончание таблицы 8.6
Год Р (1). годы, для высоты, км
200 400 600 800 1000 1400
2012 16,526 16 085 14 305 14.631 14.468
2013 17 152 15,712
2014 18,133 16.321 16.973
19.180 16,693 17 519 18 511 18.255
2016 19.556
2017 18.976 20.582 21.202 20.877
2018 20,189 21.276 22.580 22,220
2019 27,792 21,454 23.979 23,583
2020 26.371 24.619 24,968
2021 31 998 28.032 25.287 26.009 26.373
2022 33.484 29.412 : 26.656 27.415 28 304 27.795
2023 26,592 27 970 29.228
2024 36.252 31.841 27,757 29.295 30.217 30.678
2025 37,302 32,862 28,916 30.632 31.643 32.812 32.145
Таблица 8.7 — Значения функции Р {{) для КО размером 10,0—20.0 см и значения К = 1 на всем интервале прогноза
Год Р (1). годы. ДЛЯ ВЫСОТЫ, км
200 400 600 800 1000 1200 1400
2000 1.000 1.000 1,000 1.000 1.000 1.000 1.000
2001 2.197 2.044 1.967 1.997 2.014
3 183 2,972 2 848 2.949 3.012 3.046
2003 4.045 4.096
2004 4 794 4.970 5.166
2005 6.100 5 812 6.021 6.256
2006 6.893 6,790 7.275 7.414 7.367
2007 8,198 7.878 8.498
2008 9 710 9.542 9.650
2009 10,195 10.709 10.896 10,824
2010 1Л 439 11 405 12.017
2011 14,274 12 884 13.228
2012 17,221 1.1 озв 14.559 14.451
2013 16.481 15.201 15 516 15.818 15,692
2014 16.379 16,950
2015 20.224 18.444 16,924 18.229
2016 21 305 19.523 18.816 19.526
2017 19.254 20.074 21.059 20.844
2018 23.965 22.027 20,485 21.894 22.182
2019 25.798 23.598 22.675 23.541
2020 27,937 25.367 24.018 24.603 25.204 24.921
2021 29.742 26.971 24.441 ; 25.386 25.990 26.627 26.321
2022 3! 186 25,760 26.759 27.392 27.738
2023 32,576 29,578 26.ЭТО 28.083 28.783 29.529 29.165
2024 33.661 30.651 28.175 29.419 30.191 31.008 30.610
2025 34.601 31.641 29.377 30.767 31.616 32.508 32.072

Страница 32

-
,___




' ТТЛ-





; ■■■■


2000

Страница 33

Страница 34

Страница 35

Страница 36

Страница 37

Страница 38

ГОСТ Р 25645.167—2005
Приложение А (справочное)
Характеристики компьютерных программ для определения пространственно-временного распределения техногенного вещества
А.1 Общие данные о компьютерных программах
А.1.1 Математические модели техногенного загрязнения ОКП. использованные для подготовки данных настоящего стандарта, реализованы в виде двух типов компьютерных программ.
А. 1.2 Первый тип программ реализует полуаналитическую стохастическую математическую модель для среднесрочного и долгосрочного прогнозирования техногенных КО размером более 1 мм, для построения пространственных распределении концентрации и характеристик скорости, а также для оценки риска столкновений. В многочисленных публикациях [1] — [9) эта модель названа как 50РА (Брасе Е>еЬп5 РгесИсЬоп апО Апа1у51б). Последняя версия модели состоит из 10 отдельных модулей, относящихся к перечисленным выше задачам. Рассматриваются суммарные данные о КО различных размеров (без «привязки» их к конкретным источникам загрязнения). Текущее состояние загрязнения ОКП характеризуется:
а) зависимостью концентрации КО от высоты и широты точки:
б) статистическими распределениями величины и направления скорости частиц в инерциальной системе координат.
Эти характеристики построены на базе комплексного использования доступной измерительной информации и различных априорных данных. Хотя упомянутые 10 модулей являются автономными, их последовательное применение позволяет рассчитать характеристики потока КО разных размеров на любое заданное время (при прогнозе на 10—20 и более лет). Связь между модулями осуществляется с помощью входных и выходных файлов. Методические основы построения этих модулей достаточно подробно изложены в упомянутых публикациях. Большая часть исходных данных для решения перечисленных задач подготовлена разработчиком модели. Пользователь задает интервал прогноза, элементы орбиты КА. координаты точки и т. п. Все программы первого типа выполнены на языке Паскаль.
А. 1.3 Второй тип программ, предназначенный для решения ряда частных задач и реализованный в среде *ЛГ|поо>А5. характерен применением интерактивного режима и современного пользовательского сервиса. В настоящее время в эту группу входят две программы:
- инженерная компьютерная модель для анализа и прогнозирования характеристик космического мусора (50РА4=):
- компьютерная модель для определения характеристик потока космического мусора относительно КА [50РА-Р);
А.2 Инженерная компьютерная модель для анализа и прогнозирования характеристик космического мусора
А.2.1 Инженерная модель предназначена для быстрого, удобного и визуального представления характеристик КМ. Эти характеристики определяют для частиц размером более 1 мм в областях низких (высоты до 2000 км) и геостационарных (интервал высот 35700 1 400 км) орбит. В упомянутых областях сконцентрирована большая часть космического мусора. Основные исходные данные инженерной модели имеют форму таблиц. Они подготовлены на основе большого количества расчетов с применением группы программ, упомянутых в А.1.2. Для конкретных исходных данных пользователя инженерная модель выполняет интерполяцию табличных данных, подготовленных разработчиком. Интерполяция подготовленных разработчиком табличных данных является характерной чертой инженерной модели. Следствием такого подхода является ограничение области возможных значений исходных данных пользователя. В частности, модель неприменима для эллиптических орбит КА и моментов времени после 2025 г.
А.2.2 Модель позволяет вычислить характеристики космического мусора, приведенные в таблице А.1.
Таблица А.1
Наименование <ара >т с р ис ■ и «и Пункт меню
1 Конце- ■грация космического мусора разных размеров в 2000 г. Концентрация
2 Плотнс гам. в 20 сть потока космического мусора относительно КА. движущихся по типовым орби-00 г. Поток
3 Поток космического мусора относительно типовых орбит космических аппаратов в 2000 г. Поток
35

Страница 39

ГОСТ Р 25645.167—2005
Наименование нараперис!и«н Пуп к мене
4 Среднее число столкновений с КА сферической формы заданного размера на некотором интервале прогноза после 2000 г. Прогноз
5 Угловое распределение потока космического мусора относительно типичных орбит КА Столкновения
6 Зависимость скорости столкновений от ее направления относительно КА. а также средняя скорость столкновений КА с космическим мусором Столкновения
А.2.3 Главное меню программы приведено на рисунке А.1. Оно состоит из пяти разделов (страниц). Каждая страница относится к решению соответствующей задачи. Название страницы соответствует решаемой задаче. Перечень задач:
1 Концентрация — определение пространственного распределения концентрации техногенного космического мусора в области низких орбит.
2 Концентрация в области ГСО — определение пространственного распределения концентрации техногенного космического мусора в области геостационарных орбит.
3 Поток — определение потока космического мусора относительно типовых (круговых) орбит космических аппаратов.
4 Прогноз — прогноз оценок потока космического мусора относительно типичной орбиты КА на заданном интервале времени после 2000 г. и определение суммарного числа столкновений.
5 Столкновения — построение распределения направлений возможных столкновений, зависимости скорости столкновения от ее направления, а также средней скорости столкновений.
Соданле
—от—\
Вэ^ш БД Редакуроадира

г.-'-Ч?13--'*
«/И

(Инноюриал модо-ч> твхногочнсо мсврвнип ОКП
1-1 I*

Тай
Гроф|

,ГЪы1Ш.
1сгД-;ве'/^ | Ксяцектрации а обгесгиГСО
; \ГКдидив \Вых
Рисунок А.1 — Главное меню инженерной модели
А 2.4 Панель пункта меню «Концентрация» представлена на рисунке А.2. Необходимые для решения выбранной задачи данные представлены на панели «Исходные данные» и вводятся пользователем в режиме диалога. Вводимые пользователем обшие (для решения разных задач) исходные данные включают:
1) минимальный и максимальный размеры КО. см:
2) высоту точки / орбиты, км;
3) широту точки или наклонение орбиты....'.
ТМгмш ГдаКим Пеной
«|%|т|'.| М Ш т\
-------- -: ГЬш ■ - м-- ..-.! '.'-^ГГО
Ввсса №
И » «*
..... ОМ1
ко 10: ■СО» егг
Конце кгрщи>
1Ы& КИ.
Рисунок А.2 — Панель пункта меню «Концентрация»
38
Окончание таблицы А. 1

Страница 40

ГОСТ Р 25645.167—2005
Перечисленные исходные данные соответствую! содержанию входных данных рассматриваемого стандарта. Однако их важное отличие заключается в гом. что они могут принимать любые значения в рассматриваемом диапазоне, что обеспечивает пользователю программы дополнительные удобства.
Чтобы решить задачу с указанными исходными данными, нужно нажать кнопку «Запуск». После этого результаты вычислений будут показаны на панели «Результат».
А.2.5 Панель пункта меню «Поток» представлена на рисунке А.З.
В^Ишетрюя ыоляпь техногенного хкооеноя ОКП |
Оайп Т^б'ли» Граф"» Попои» _
Ко«всра4Л Гк—М Пвоко Сптнявн» к»,-.г;,| дщ г ЛчСТИ "СО
ВЫСОТ» вм ОС 1т-; * Ип
Ншючение 82 50 «з
Мжимапькьйрззиео <0 010 • 1 оп
Мжсыиатны* оамег КС 1СО.О0 * ал.
Срод-нй рамвр к* 103 00 ю 1 * ПТ1
Результат —
/деты** пето. ГО. «< 20 аг З.Мбге-01
пот» ко а< гест 1^г«с-о-
Потм КО <)> 26 ет 2718«-0«
Сум-ор-ыв поток '
^Запуск
"Я. ш* год
"ГОД
Рисунок А.З — Панель пункта меню «Поток»
Кроме исходных данных, перечисленных в А.2.4, дополнительно задается средний размер [диаметр) космического корабля сферической формы, относительно которого оценивается поток космического мусора.
А 2.6 Панель пункта меню "Прогноз» представлена на рисунке А.4. Кроме исходных данных, перечисленных в А.2.4 и А.2.5. дополнительно задается начальное и конечное время (годы) прогноза числа столкновений.
Результаты расчетов представлены для двух вариантов прогноза техногенного загрязнения ОКП: оптимистического {К = 0.5) и пессимистического (К = 1.0), которые отличаются интенсивностью будущего техногенного загрязнения ОКП.
Е'Иингшр^я «юдоль техногенного засорения ОКП
Оаип Гэогкца График) По»ои»
-..)-. ОН - •е орбиты
ИМ12 50 04
УЗатуС*
г.'.*.на',п.им' г.-'л-: КС 0 К
Млюшлклш'1 |.||.1р К.) 100 :0
Сош-мй оаэиео КА 'ЛИ СО Результаты
оп

комвц 1010 *,
К-0.6 К «1.0 Орымяимкчвпромопсноюм—сНКО В.1891Е-0' 9012в€-01
г40П(гчеСЛ»ЗС'С/»<н^аН-ж С <КС
Э.1024Е-О» ЗЭ401Е-Я
С.маочшоиччествосютчом-к* В1922Е-0' ВО16}С-01
Рисунок А.4 — Панель пункта меню «Прогноз»
37

Страница 41

ГОСТ Р 25645.167—2005
А 2.7 Панель пункта меню «Столкновения» представлена на рисунке А.5
оаил Т^бмифа Графи"» Покои*

о.-иослтыьноо шит

■ .1* Г | 1П .НР 4*9
«по
060 С *.

Рисунок А.5 — Панель пункта меню «Столкновения»
При обращении к этому пункту меню определяют характеристики скорости столкновений: угловое распределение направлений возможного удара (относительного потока), зависимость относительной скорости от ее направления, а также среднее значение относительной скорости, все эти результаты представлены на панели рассматриваемого пункта меню.
А.2.8 Программа обеспечивает возможность построения графиков. Для этой цели необходимо выбрать одну из команд в пункте меню «Графики» или после нажатия кнопки «Графики» выбрать соответствующую команду меню. Результат вычислений будет представлен в виде графика рассматриваемой характеристики как функции одного из входных параметров (при фиксированных значениях остальных параметров).
А.2.9 Для вывода полученных результатов расчета в модели предусмотрена специальная база данных пользователя. Такая форма вывода данных обеспечивает пользователю возможность автоматической обработки полученных результатов в будущем
А.З Компьютерная модель для определения характеристик потока космического мусора относительно КА(ЗОРА-Р)
А.3.1 Модель предназначена для расчетов в двух высотных диапазонах:
- до 2000 км (1ЕО):
- 35750 ± 450 км (СЕО).
Рассматриваются размеры космическою мусора более 1 мм.
Основное отличие этой модели от рассмотренной в А.2 инженерной модели заключается в содержательном определении характеристик потока космического мусора на основе применения специальных алгоритмов — без использования интерполяции. Поэтому модель позволяет выполнить расчеты потока относительно различных типов орбит КА (в том числе и эллиптических).
А.3.2 При обращении к программе открывается первая панель программы, которая предназначена для выбора одного из двух вариантов рассматриваемых высотных диапазонов (1_ЕО или ОЕО). а также для выхода из программы (Ех11) Выбор диапазона осуществляется с помощью мыши. После выбора конфетного диапазона открывается одна из двух панелей результатов расчетов, соответствующая предыдущему обращению к модели.
А.3.3 На рисунке А.6 приведен пример панели «Зависимость плотности потока ог аргумента широты» (Тле СГ055 5ес1юпз1 Пах уапаНопз а1опд 1пе 5С ШдЫ ра1п). Главное меню этой панели содержит четыре пункта: 1) исходные данные (1пРи1 оа1а); 2) запоминание данных (5ауе Оа1а); 3) помощь (Не1р) и 4) выход (Ехй).
При обращении к каждому из этих пунктов пользователю предоставляется возможность выполнения соответствующих операций. В частности, в качестве исходных данных (на специальной дополнительной панели) задают: высоту перигея, период, наклонение орбиты и аргумент перигея. Для выполнения расчета необходимо нажать клавишу «К1Ш» на панели исходных данных. В результате обновляются графики, представленные на рисунке А.6. Панель результатов расчетов содержит также меню, состоящее из нескольких страниц. Первая из этих страниц («1)») представлена на рисунке.
А.3.4 Остальные страницы являются однотипными и относятся к космическому мусору разных размеров. Они содержат основные результаты: оценки плотности потока, среднее значение скорости столкновений, а также
35

Страница 42

ГОСТ р 25645.167—2005

ТЬе сгэ55-5ест1спа1 агеа <к|х /агаНоп аТогд (Пе 5С 11дг.1 ра(п с! = 0 10-0.25 сш
3*0
Рисунок А.6 — Панель "Зависимость плотности потока от аргумента широты»
графики статистических распределений направлений и величины относительной скорости возможных столкновений. Пример одной из таких страчии приведен на рисунке А.7. На этой панели распределение направлений возможных столкновений (апди!аг гАбЫЬиНоп о' ге!а(1\ге сго55-5ес1юпа1 агеа Лих) представлено в полярных координатах, а распределение величины относительной скорости — в традиционных декартовых координатах.

]пРк10за Зэ^еСаи ь*р ш
270 АлэиЫ
огз<л

а'

го88-&ес11о"а1 агеа Них
РЙЮ0 КЪпплп
М ТПЦЭЕ С* РЕПКЦЕ 411 ко
АН1 О' РНЮН
СЯ0388ЕСП0ЧА1 *ВЕ* ГШ МЧЛ Е.01Ш5
О МОг 1 ГбвЧ Лшт'у» »
стссти» ог ее исмсиу ТНЕ М№Е ЙЕ1АТЛ УИСЮТТ «"ноныов1ЕС'5 а:' №п
ТНЕ МЛ ВАЗЕ СОи ЗЮЧ №0СТ* ма-ношслошсстэ ю?"т
.......1111111

Рисунок А.7 — Панель результатов расчетов характеристик плотности потока
А.4 Применение компьютерных программ
А.4.1 Рассмотренные выше программы предназначены для использования на обычном персональном компьютере, работающем в среде №лсож5. Необходимый объем памяти "1.2 МБ. Время вычислений для 1-го варианта исходных данных не превышает 1—2 с
Более полные сведения о методике моделирования и других смежных вопросах изложены в [1] — [9|.
39

Страница 43

ГОСТ Р 25645.167—2005
Библиография
(1) Назаренко А. И. Моделирование эволюции распределения техногенных частиц и объектов // Проблема за-
(рязнения космоса (космический мусор) — М.: Космосинсрорм. 1993 [2] Ыагагепко А. I. Еч*а1из1юп о! 1Ъе СоНЫоп РгоЬаЫЦу о( брасе ОЬДОв о! АШГюа! Опд\п /I ОгЬКа! ОеЬпй МотЮг.
У.7(2), Арп! 1994
|3| Назаренко А. И.. Чернявский Г. М. Моделирование загрязнения околоземного пространства ■'/ Столкновения в околоземном пространстве (космический мусор). — М.: Космосинсрорм. 1995
Ыагагепко А. I. Тле Оеуеюрглел! о! 1Не 51а11&11са1 Тпеогу о) а 5а1е111(е ЕпзеглЫе Моиоп впа" Из АррНсаЬоп (о 5расе ГЛеЬпз МооеНпд II Зесопо* Еигореал Соптегепсе ол Зрасе Оеопз. Е50С. 0аггл51агЛ. Оеггпзпу, 17—19 Магсп 1997
|5] Назаренко А. И. Проблема "Космическою мусора о в околоземной среде / Раздел В. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую среду // Справ, пособие под ред. 8. В. Адушкина. С. И. Козлова и А. В. Петрова. — М.: Изд-во «Анкил». 2000. — С. 362—432
[6] Ыахагепко А. I., Уигавоу V. 5. Зрасе йеЪпз МобеНпд \п 1пе СЕО УЮпЛу ■'/ Тгйга" Еигореал Соптегепсе оп Зрасе Оеогё, ОагтайгЛ. Сегталу. МагсН 2001
[7] Нахагепко А. I., МепсЫкоу I. 1_. Епд1пееплд Мос1е1 о( Зрасе 0еЬп5 Епу1гоптеп1 // ТЫгд Еигореал Соп'етепсе оп Зрасе ОеЬп;. Оат^аг». Сегталу. Магс>1 2001
[81 Ыагагепко А. I. Тле 5о1и(1оп о( АррИей РгоЫетз У&пд 1гш Зрасе ОеЬпз РгесКсИоп апО Апа1у513 Моое! // Зрасе Оеопз. НагаШ Еуа1иа1юп ало* МШдаНол. — ЕйИей Ьу №ско!эу N. Зтйпоу. — Тауюг & Ргэпсй 1пс, 2002
[91 Назаренко А. И. Моделирование техногенного загрязнения околоземного космического пространства // Астрономический вестник. — 2002. — Т. 36. — I* 6
■10

Страница 44

ГОСТ Р 25645.167—2005
УДК 62978:006.354 ОКС 07.040 Т27
Ключевые слова; техногенное вещество, космическое пространство, космический объект, плотность потока, лоток техногенного вещества, скорость столкновений, прогнозирование

Страница 45