一种结合地面避开区域价值分布的火箭残骸撞击威胁评估方法

《Scientific Reports》：A rocket debris impact threat assessment method incorporating value distribution of ground avoidance zones

　　

摘要

随着中国火箭发射频率的不断增加，火箭碎片撞击威胁变得日益严重。传统的轨迹预测方法往往忽略了非线性随机因素以及人口活动在空间上的异质性，从而导致风险评估出现偏差。本研究旨在开发一个全面的威胁评估框架，以提高撞击预测的统计可靠性。通过结合质量偏差、发动机参数和随机风场的蒙特卡洛模拟，我们对火箭第一级碎片的可能撞击点进行了建模。我们建立了一个以99%置信椭圆为约束的双变量正态分布模型，用于描述撞击点的分布情况。该数据驱动的框架整合了随机轨迹模拟与精细的人口数据，为地面风险评估提供了定量方法。利用中国的高分辨率WorldPop数据及“严重程度”指数，通过边界合并算法优化了地面避让区域的范围。研究结果表明，在随机因素的共同影响下，撞击点呈现出明显的二维正态分布特征。风险评估显示，当撞击点发生在高密度区域时，累积风险值会显著增加。所提出的数据驱动框架有效地将蒙特卡洛模拟与多种随机扰动因素及人口数据相结合，为风险评估提供了一种定量方法。综合风险值（R）为我们提供了一个可操作的指标，有助于优化发射操作并减少人员伤亡。