[发明专利]一种复杂空间系统安全管理平行计算方法

权利要求书

1.一种复杂空间系统安全管理平行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立人工空间系统；

步骤2：开展人工空间系统的计算试验；

步骤3：开展人工空间系统和实际空间系统的平行执行。

2.根据权利要求1所述的一种复杂空间系统安全管理平行计算方法，其特征在于，步骤1中，包括空间对象Agent建模、高精度推演、碰撞概率计算、碰撞解体计算：

步骤2.1：空间对象Agent建模：

将建模对象分为实体对象和非实体对象两类。实体对象指在现实世界存在物理实体的对象，如空间碎片、流星体、航天器等。非实体对象指对空间系统运行具有影响的因素，如社会、政治、经济和军事竞争因素等。

空间对象Agent组成要素包括：传感通信模块、模型模块、推理机、知识库、规则库以及属性计算模型库，传感通信模块接收外界环境的输入，推理机执行复杂推理的能力，如制定决策、进行规划等，知识库、规则库以及属性计算模型库为推理决策提供支撑，其中知识库是基础和核心，主要包括领域知识、信息域模型、认知域模型以及目标库，例如航天器进行变轨的执行策略等，规则库则是制定具体的响应规则，例如根据不同的输入条件，给出具体的控制量，属性计算模型库主要是提供各种模型，例如轨道计算采用的考虑J₂项摄动的模型，高精度模型等。执行模块负责执行具体的动作。

步骤2.2：高精度推演：

人工空间系统高精度推演主要是考虑地球非球形引力、大气阻力、太阳光压、三体引力等主要摄动力，得到空间对象未来的运动状态。

步骤2.3：碰撞概率计算：

在人工空间系统中，当两个空间对象之间的相对距离小于两个对象包络尺寸半径之和时，认为对象之间发生了碰撞。发生碰撞的两个空间对象，一般在交会时的相对运行速度很大且相互接近时间很短，于是将碰撞概率问题转化为三维的概率分布问题。在垂直于相对速度矢量的平面内研究碰撞概率时，又可以将三维的概率分布问题转化为二维的概率分布问题。将概率密度函数在可能发生碰撞的危险区域积分，即可计算得到碰撞概率。

步骤2.4：碰撞解体计算：

建立碰撞解体计算过程中，首先根据能量定律确定解体后产生碎片的数量和碎片特征尺的分布；然后以特征尺寸作为独立变量，利用概率分布模型确定碎片的面质比、有效横截面积和速度增量；最后根据面质比和有效横截面积确定碎片质量。

3.根据权利要求1所述的一种复杂空间系统安全管理平行计算方法，其特征在于，步骤2中，包括计算试验数据融合、基于均匀设计法的计算试验：

步骤3.1：计算试验数据融合：

针对人工空间系统的各个Agent对象行为涌现的复杂现象，进行计算试验数据的采集，利用神经网络方法深入挖掘实际观测数据，将其作为建模的基本素材，进行数据的重组与融合，提高计算试验系统的可信度。

步骤3.2：基于均匀设计法的计算试验：

均匀设计法由于只考虑试验点在试验范围内的均匀散布性，因而试验次数较少，适合于多因素多水平试验，应用范围更为广泛。经过模型的可信度验证后，可生成空间系统管理的策略、规则，作用于人工系统，根据策略和规则对象建立相应的管理效果评估方法，通过计算试验探索不同因素对空间系统的影响，例如航天发射活动对空间系统的影响，达到管理优化的目的。

4.根据权利要求1所述的一种复杂空间系统安全管理平行计算方法，其特征在于，步骤3中，包括空间碎片雪崩效应分析、空间交通管理方法制定：

步骤4.1：空间碎片雪崩效应分析：

通过对人工空间系统长期演化结果分析，例如100年、200年，分析不同区域空间碎片的临界密度，探索形成雪崩效应的构成条件，从而指导实际空间系统可持续发展。

步骤4.2：空间交通管理方法制定：

针对日益紧张的轨道资源，例如太阳同步轨道等低轨区域，分析可利用的轨道资源。结合稀缺轨道资源的剩余情况，制定航天器轨位的分配规则，以及航天器在轨运行规则，例如在危险区域不能随意变轨、设计逆行轨道等。设计不同轨道高度上航天器入轨以及离轨的管理规则，通过对人工空间系统多次计算试验的结果进行效能评估，优选出最优的管理方法，指导实际空间系统的发展。