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COSMOS 1408解体碎片云演化分析

莫星健 梁伟 赵相雷 雷祥旭 赵有

莫星健, 梁伟, 赵相雷, 雷祥旭, 赵有. COSMOS 1408解体碎片云演化分析[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0089
引用本文: 莫星健, 梁伟, 赵相雷, 雷祥旭, 赵有. COSMOS 1408解体碎片云演化分析[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0089
MO Xingjian, LIANG Wei, ZHAO Xianglei, LEI Xiangxu, ZHAO You. Analysis of COSMOS 1408 debris cloud evolution (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(4): 1-9 doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0089
Citation: MO Xingjian, LIANG Wei, ZHAO Xianglei, LEI Xiangxu, ZHAO You. Analysis of COSMOS 1408 debris cloud evolution (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(4): 1-9 doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0089

COSMOS 1408解体碎片云演化分析

doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0089 cstr: 32142.14.cjss.2024-0089
基金项目: 山东省自然科学基金面上项目(ZR2023MD098)、空间目标感知全国重点实验室2024年度开放基金项目(STA2024ZCA0102)和大地测量与地球动力学国家重点实验室开放基金项目(SKLGED2024-3-5)共同资助
详细信息
    作者简介:
    • 莫星健 男, 2001年1月出生于贵州省黔南布依族苗族自治州, 山东理工大学测绘工程专业2024届本科生. 研究方向为空间态势感知. E-mail: 2861767932@qq.com
    • 梁伟 男, 博士, 现为北京跟踪与通信技术研究所助理研究员, 主要从事空间态势感知、高分辨率重力场模型构建研究. E-mail: wliang@whu.edu.cn
    • 赵相雷 男, 汉族, 山东省临沂市人, 山东理工大学测绘工程专业2023级本科生. 研究方向为空间态势感知. E-mail: 2425955376@qq.com
    • 赵有 男, 博士, 现为中国科学院国家天文台研究员, 研究领域为空间碎片、卫星激光测距. E-mail: youzhao@nao.cas.cn
    通讯作者:
    • 雷祥旭 男, 山东泰安人, 博士, 现为山东理工大学测绘工程系硕士生导师, 主要研究方向包括空间态势感知、空间目标监测数据关联/定轨/编目和空间目标机动探测等. E-mail: xxlei@whu.edu.cn
  • 中图分类号: V528, V419

Analysis of COSMOS 1408 debris cloud evolution

  • 摘要: 地球轨道的航天器越来越多, 近地空间密度不断增大. 据统计, 现有空间碎片主要来源于约640次的解体事件. 研究卫星解体事件对维持空间环境安全具有重要意义. 2021年11月15日, 俄罗斯进行了一次反卫星试验, 摧毁了一颗报废卫星—COSMOS 1408卫星. 事件产生了一片由约1800个可跟踪碎片组成的碎片云, 碎片云分布于200~1400 km高度区间, 随时间扩散演化, 对低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星运行构成威胁. 本文基于美国空间监视网(Space Surveillance Network, SSN)发布的关于COSMOS 1408解体事件碎片的两行轨道根数(Two Line Element, TLE), 利用简化广义摄动模型第四版(Simplified General Perturbations 4, SGP4)模型对该碎片云进行演化分析, 主要包括碎片云的编目数量和时空变化、主要轨道参数变化、解体碎片对空间环境的影响, 并以事件碎片导致的国际空间站(International Space Station, ISS)四次机动规避碎片事件为例, 探究其演化规律以及带来的影响, 初步还原了COSMOS 1408反卫星事件碎片云的演化过程以及造成的影响.

     

  • 图  1  公开编目的COSMOS 1408碎片数量变化

    Figure  1.  Changes in the number of debris of COSMOS 1408 in public catalog

    图  2  COSMOS 1408每天新编目的空间碎片数量

    Figure  2.  Number of the newly catalogued space debris from COSMOS 1408 everyday

    图  3  STK软件展示COSMOS 1408编目碎片轨道时空分布

    Figure  3.  Orbit distribution of COSMOS 1408 debris cataloged simulated using STK

    图  4  碎片轨道近、远地点变化

    Figure  4.  Perigee and apogee height variations of debris orbits

    图  5  母体解体前后主要轨道参数变化

    Figure  5.  Main orbital elements variations of the parent body before and after the breakup event

    图  6  COSMOS 1408碎片数量与SSN公开编目目标数量变化

    Figure  6.  Changes in the number of COSMOS 1408 debris and public cataloged objects by SSN

    图  7  解体碎片、ISS、CSS、StarLink-1007轨道高度与运行周期分布

    Figure  7.  Distribution of orbit height and period of breakup debris, ISS, CSS and StarLink-1007

    图  8  机动前ISS与碎片在TCA前后10 min相对距离变化

    Figure  8.  Relative distance changes between ISS and debris 10 minutes before and after TCA pre-maneuver

    图  9  机动后 ISS与碎片在TCA前后10 min相对距离变化

    Figure  9.  Relative distance changes between ISS and debris 10 minutes before and after TCA post-maneuver

    表  1  母体解体前后轨道参数变化

    Table  1.   Orbital elements variations of the parent body before and after the breakup event

    UTC a/ m e i/(°)
    2021/11/15 6851122.7 0.003 82.563
    2021/11/29 6845709.0 0.004 82.571
    差值 –5413.7 0.001 0.008
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    表  2  ISS, CSS, StarLink-1007, COSMOS 1408的基本信息

    Table  2.   Basic information of ISS, CSS, StarLink-1007, and COSMOS 1408

    名称国际代号周期/min倾角/(°)远地点高度/km近地点高度/km
    COSMOS-14081982-092 A91.9282.56376362
    ISS(ZARYA)1998-067 A92.9351.64425411
    CSS(TIANHE-1)2021-035 A92.1741.47384378
    STARLINK-10072019-074 A95.5953.05548546
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    表  3  ISS机动规避COSMOS 1408碎片的4次历史事件

    Table  3.   Four historical events of ISS maneuvering to avoid COSMOS 1408 debris

    NORAD ID机动时间
    525902022年6月16日(估计)
    515612022年10月24日19:25
    499822023年3月14日11:54
    528082023年8月6日02:03
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    表  4  基于机动前TLE 计算的ISS与COSMOS 1408碎片距离

    Table  4.   Distance between ISS and COSMOS 1408 debris based on pre-maneuver TLE

    NORAD ID 机动时间 TCA 接近距离/km
    机动前TLE 机动后TLE
    52590 2022-06-16
    00:00
    2022-06-17
    09:50:40
    4.178 6812.028
    51561 2022-10-24
    19:25
    2022/10/25
    10:10:36
    11.589 6184.815
    49982 2023-03-14
    11:54
    2023-03-15
    13:53:01
    7.078 8354.855
    52808 2023-08-06
    02:03
    2023-08-06
    18:11:07
    16.744 8941.203
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-10
  • 录用日期:  2025-07-10
  • 修回日期:  2024-12-30
  • 网络出版日期:  2024-12-31

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