中地球轨道动力学调查及其在被动碎片清除中的应用

中地球轨道（MEO）区域承载着用于导航、通信以及大地测量/空间环境科学的卫星，其中包括全球导航卫星系统（GNSS）。由于直接返回地球（再入轨道）所需的机动成本高昂，且 GNSS 邻域相对拥挤（坟墓轨道），从 MEO 安全高效地清除碎片面临困难。最近的研究强调了 MEO 区域复杂的长期动力学，但也指出了利用这些动力学设计清除策略的可能性。在本文中，我们展示了对 MEO 长期动力学的数值探索，旨在揭示可通过合理 $Delta V$ 成本机动到达的再入和坟墓轨道解集。我们使用非平均运动方程以及包含主要地球引力势项、第三体摄动和太阳辐射压力（SRP）的合适动力学模型，对覆盖 0 至 90 度所有倾角的数百万颗虚构 MEO 卫星的扩展网格模拟了 120 至 200 年的动力学演化。我们发现了一大批可用的解，其再入时间超过约 40 年，主要集中在三个特定倾角值附近：46 度、56 度和 68 度；该结果与我们对 MEO 长期动力学的理解相符。对于 $Delta V \le 300$ m/s（即从典型 GNSS 轨道出发并目标进入 $e<0.3$ 的处置轨道），从 GNSS 高度起的再入时间超过约 70 年，而对于高达 $e\sim0.018$ 的偏心率，发现了稳定至少 200 年的低成本（$Delta V \sim 5-35$ m/s）坟墓轨道。本研究是在欧盟资助的 "ReDSHIFT" 项目框架下进行的。