长期空间碎片模拟中的确定性交会追踪
地球与行星天体物理
2022-03-15 v1 天体物理仪器与方法
摘要
数值模拟是预测未来数十年空间碎片环境的核心。鉴于反卫星武器试验持续发生以及规划中的巨型星座等产生碎片的事件，对空间碎片环境的准确预测对于确保关键卫星轨道的长期可持续性至关重要。考虑到大量粒子精确长期轨迹传播的計算复杂性，数值模型通常依赖蒙特卡洛方法进行随机交会评估。另一方面，确定性方法有望提供更高精度，并可用于验证随机方法。然而，它们在计算可行性上构成了重大挑战。在本工作中，我们提出了一种数值模拟的架构与概念验证结果，该模拟能够通过确定性交会追踪模型对跨度数十年的长期碎片演化进行建模。在模拟中，我们用现代 C++ 开发了一个高效传播器，考虑了地球引力异常、太阳辐照压力和大气阻力。我们利用 AutoPAS（一种复杂的粒子容器）自动选择最有效的数据结构和算法。我们展示了在低地球轨道中 16 024 个粒子超过 20 年的模拟结果。总体上，对预测碰撞和近距离接近的交会进行追踪，以便对二者进行详细研究。我们详细分析了模拟的运行时间和计算成本。总之，所得结果表明现代计算工具最终实现了确定性交会追踪，并可用于验证先前结果以及构建更高保真度的长期碎片环境数值模拟。
引用
@article{arxiv.2203.06957,
title = {Deterministic Conjunction Tracking in Long-term Space Debris Simulations},
author = {Pablo Gómez and Fabio Gratl and Oliver Bösing and Dario Izzo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.06957},
year = {2022}
}