Analisi del delta V di detriti spaziali generati a seguito di eventi di frammentazione in orbita

In-space fragmentation events lead to the generation of debris clouds, whose spatial distribution is strongly influenced by the initial delta V that they acquire during the breakup; different events (collisions, explosions) may affect the resulting distributions. The model currently in use to study such phenomena is the NASA Standard Breakup Model (SBM), which is able to provide characteristic length, area-to-mass ratio (A/M), and delta velocity distributions, distinguishing between the case of fragmentation due to collision and fragmentation due to explosion; the development of new models, capable to consider different impact parameters, is related to the collection and analysis of new data from fragmentation events. In this context, this work presents the analysis of delta V distributions of both significant events (e.g. the Fengyun 1C ASAT test in 2007 and the Cosmos 2251 - Iridium 33 collision in 2009) and more recent ones. Observation data, in the form of Two-Line Elements, is acquired to obtain the orbital parameters of the involved bodies before the fragmentation and of the generated debris after the breakup. From these parameters it is possible to calculate the orbital velocities and the delta V; for the results to be reliable, it is preferable that the first observation (and hence the first TLE) occurs shortly after the event, in order to find the orbital velocity of the debris closest to the event and hence a delta V as close as possible to the actual one, with negligible effects from perturbations and atmospheric drag. Once the delta V is obtained, its distribution is analysed and compared with a normal distribution; the parameters of the curve are then correlated with the event characteristics. It is observed that for a large fraction of the analysed events the normal distribution is a good approximation of the observation data; however, observations of the breakup of the second stage of the Chinese CZ-6A rocket indicate that for this explosion event the delta V distribution presents three clearly identifiable peaks and therefore cannot be described by a single normal distribution.

Gli eventi di frammentazione nello spazio portano alla formazione di nuvole di detriti, la cui distribuzione spaziale è fortemente influenzata dal delta V che acquisiscono a seguito del breakup; eventi diversi (collisioni, esplosioni) possono influenzare le distribuzioni risultanti. Il modello attualmente in uso per studiare questo tipo di fenomeni è il NASA Standard Breakup Model (SBM), il quale è in grado di fornire le distribuzioni di lunghezza caratteristica, area-to-mass ratio (A/M), e delta velocità, distinguendo tra il caso di frammentazione dovuta a collisione e frammentazione dovuta ad esplosione; lo sviluppo di nuovi modelli, capaci di considerare diversi parametri di impatto, è legato alla raccolta e analisi di nuovi dati tratti da eventi di frammentazione. In questo contesto, questo lavoro presenta le analisi delle distribuzioni del delta V sia di eventi significativi (es. il test ASAT del Fengyun 1C nel 2007 e la collisione Cosmos 2251 - Iridium 33 nel 2009) che di eventi più recenti. I dati di osservazione, sottoforma di Two-Line Elementi, vengono acquisiti per ottenere i parametri orbitali dei corpi coinvolti prima della frammentazione e dei detriti generati dopo il breakup. Da questi parametri è possibile calcolare le velocità orbitali e il delta V; affinché i risultati siano affidabili è preferibile che la prima osservazione (e quindi la prima TLE) avvenga poco dopo l’evento, in modo di trovare la velocità orbitale dei detriti più vicina all’evento e quindi un delta V il più possibile vicino a quello effettivo, con disturbi dati da perturbazioni e drag atmosferico trascurabili. Una volta ottenuto il delta V, si analizza la sua distribuzione e la si confronta con una distribuzione normale; i parametri della curva vengono poi correlati con le caratteristiche dell’evento. Si osserva che per la maggior parte degli eventi analizzati la distribuzione normale è una buona approssimazione dei dati osservati; tuttavia, le osservazioni del breakup del secondo stadio del razzo cinese CZ-6A indicano che per questa esplosione la distribuzione del delta V presenta tre picchi chiaramente identificabili e quindi non può essere descritta da una singola distribuzione normale.