Как тщательно рассчитываются карты вероятности воздействия?

введите описание изображения здесь

Это один из примеров карты вероятности воздействия. Он был опубликован в этом вопросе и принадлежит Aerospace Corporation. Но Мой вопрос касается процесса, а не этой конкретной карты, хотя это хороший рабочий пример для постановки этого вопроса.

С данным космическим кораблем, его самым последним TLE или несколькими последними и произвольным временным окном, определяемым т 1 и т 2 , можно использовать SGP4 для распространения орбиты между этими двумя моментами времени, чтобы построить наземный график, который будет представлять собой серию волнистых тонких линий.

Это примерно процесс, описанный в этом комментарии , но этого недостаточно. Вероятно т 1 и т 2 следует выбирать таким образом, чтобы исключить любое разумное предположение относительно времени удара. Итак, в т 1 он почти наверняка все еще на орбите, и в т 2 он почти наверняка на земле (или испарился, или и то, и другое). Наземные траектории в этих точках должны минимально влиять на окончательную двумерную гистограмму вероятности местности.

Следствием этого может быть то, что происходит с гистограммой ниже траектории движения земли в наиболее вероятное время удара . Изображение ниже: взято из сообщения в блоге ESA RocketScience «Обновления входа в атмосферу Tiangong -1» . Щелкните для полного размера.

Вероятность распада орбиты Tiangong-1

При ближайшем рассмотрении двумерной гистограммы вероятности (см. ниже) можно выделить несколько моментов.

  1. Внутренние границы между широкой, внутренней, зеленой областью (нижняя вероятность) и узкой желтой (высокая вероятность) полосами вблизи крайних широт неровные! Поскольку сама атмосфера не имеет такой структуры, это должно быть каким-то остаточным эффектом из-за конечного числа рассматриваемых орбит. Это уже не тонкие линии, но их эффект все еще виден.
  2. За пределами узких полос высокой вероятности рядом с экстремумами находится вторая пара еще более узких полос между высокой вероятностью и нулевой вероятностью. Это не то, что можно было бы получить, глядя только на вероятность времени пребывания на земле.

Таким образом, кажется, что здесь происходит гораздо больше, чем просто «что вам нужно, так это время, которое он тратит на заданную единицу площади поверхности в течение многих орбит».

Вопрос: Как строго рассчитываются карты вероятности воздействия?

введите описание изображения здесь

выше: вырезано из увеличенной версии карты, найденной здесь .

@Litho Здесь есть больше возможностей для расширения вашего комментария в качестве нового ответа.
Многое еще можно прочитать о возвращении в атмосферу Tiangong-1 Spaceflight101 и возвращении Tiangong-1 Aerospace Corporation .
Три слова, слишком короткие, чтобы быть ответом: Моделирование методом Монте-Карло. Еще два слова, тоже слишком короткие, чтобы быть ответом: анализ Линкова.
@Litho Я также добавил награду.
@RussellBorogove я ответил на ваш комментарий до того, как вы закончили его редактирование. Если бы вы могли расширить это, поскольку это относится к этой конкретной проблеме, это было бы здорово. Эта тонкая зеленая полоска на внешнем краю представляет особый интерес, что-то вроде этого из связанной статьи ESA. i.stack.imgur.com/dqgnu.png
Зеленая полоса представляет собой один внешний предел «полос ошибок» неопределенности в текущем положении / скорости станции плюс один внешний предел возможного диапазона накопленного аэродинамического отклонения, когда он кувыркается в атмосфере.
@RussellBorogove Я указываю на них, потому что они подчеркивают некоторые важные аспекты, которые будут включены в строгий расчет и будут важны как часть ответа. Я не спрашиваю, эй, что это за штуки?

Ответы (2)

Я не полностью согласен с объяснением, данным до сих пор. Вот мои дополнительные предположения:

2) Внешние края: это не артефакт биннинга, как утверждает @PearsonArtPhoto. Обломки падают не только вдоль траектории спутника, вокруг траектории есть область определенной ширины, где мы должны ожидать падения обломков. Разумно предположить, что распределение в этой области имеет форму колоколообразной кривой — чем дальше от пути, тем меньше шансов найти обломки. Это означает, что существует не внезапное отсечение, а плавное распределение между высокой вероятностью и нулем.

1) Я согласен, что это происходит из-за количества витков, которые нужно было учитывать, учитывая длину окна повторного входа. Но: Почему волны не симметричны вокруг нарисованной орбиты спутника? По мере того, как орбита затухает, орбитальный период становится короче. С другой стороны, поскольку мы не знаем точной скорости распада, мы не можем точно определить орбитальный путь относительно поверхности Земли.

Я подозреваю, что нарисованные кривые относятся к постоянной орбите, но расчет вероятности столкновения включал (неизвестное и случайное) изменение орбитального периода. Если орбита становится короче, спутник с каждым оборотом будет проходить над районами дальше на восток, но никогда не дальше на запад, чем «номинальный» путь. И вот что мы видим: на правой стороне пути вероятности выше, чем на левой.

Таким образом, все это выглядит примерно так, как вы должны ожидать после того, как вы выполните серию орбитальных прогнозов, включающих случайные колебания скорости распада и предполагающих определенное распределение обломков вокруг расчетной точки распада.

К сожалению, другой ответ начинается с «Моя догадка…», но я не уверен, что это означает, что догадки теперь являются ответами. Если бы мы все просто начали публиковать предположения в качестве ответов...
@uhoh Если у вас есть определенные источники, вперед. Пока у вас нет доступа к первоисточникам, обоснованное предположение — лучшее, что вы можете получить. Утверждать, что это догадка, и не выдавать ее за факт — это просто хорошая практика.
Я удалил слово «строго» из заголовка и «Поэтому я хотел бы знать, как эксперты делают это в рамках стандартной процедуры». от тела. Если вы внесете токен в свой ответ, я могу изменить свой голос против на плюс.

Я предполагаю, что способ, которым они это сделали, состоит в том, чтобы выбрать орбитальные пути, которые могут произойти, и выяснить, куда он вернется, если это будет так.

Артефакт по краям, скорее всего, является размером биннинга. Возможна только самая средняя часть (верхняя и нижняя), но мусорное ведро все еще там, поэтому фактическая сумма невелика. Более простой способ представить это — представить, что у вас есть ячейки для числа на каждом градусе по вертикали от 0 до 90. Допустим, самым высоким было 50,1. Небольшой интервал 0,1 показал бы, что это небольшой шанс, но это зависит от того, в какой части бункера вы находитесь, 50,0 вполне может быть наиболее вероятной зоной для воздействия. Также он может учитывать ветер и другие подобные вещи, которые могут немного смазать границу.

Волны имеют период около 12 градусов, или около 60 пиков. Это соответствует около 4 дням орбит, плюс-минус немного, что, как я подозреваю, соответствует области неопределенности.

Суть в том, чтобы создать модель пути, включая неопределенности ключевых параметров. Меняйте эту модель с разными неопределенностями. Имейте какое-то изображение, показывающее возможные точки повторного входа, и каждый раз, когда что-то попадает в эту точку, добавляйте к ней точку. Продолжайте повторять, пока не почувствуете это. Они вполне могли бы включить несколько вещей, таких как падение обломков по дуге, а не только по одной точке.

Суть в том, что было выполнено своего рода моделирование с моделированием случайных условий, и график — это то, что получилось.

Я не могу понять, что это пытается сказать; " Артефакт по краям, скорее всего, имеет размер биннинга. Возможна только самая средняя часть (верхняя и нижняя), но бин все еще там, поэтому фактическое количество невелико ". хотя у меня есть предчувствие, что это полезное понимание. Я думаю, вы предполагаете, что если граница бина окажется около центра распределения с узким пиком, это может искусственно увеличить видимую ширину этого распределения?
Да, это то, что я пытаюсь сказать. Слова могут быть трудными...
Я удалил слово «строго» из заголовка и «Поэтому я хотел бы знать, как эксперты делают это в рамках стандартной процедуры». от тела. Если вы внесете токен в свой ответ, я могу изменить свой голос против на плюс.