全球商业航天背景下亚轨道飞行正成为新兴领域,由于亚轨道飞行处于现有飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道高度之间,任何形式的亚轨道事故都将对民航安全构成影响。面对未来愈发频繁的商业亚轨道发射活动,传统风险防范采用的静态、过度、过久的空域限制势必导致航班大量中断、大面积延迟、总飞行里程显著增加等现象,极大地损伤了航空公司的利益。因此,为提高空域资源利用率,降低亚轨道突发解体事故给民航客机带来的运行风险,本文针对亚轨道突发解体事故,在参照航天器标准解体模型的基础上利用协方差传播算法对碎片危险区进行快速预测。此外,根据初始飞行计划计算飞机与亚轨道碎片之间碰撞概率并采取相应的改航规划措施。最后,设计软件仿真系统可作为空管自动化系统的辅助工具。因此,本文在基于协方差传播算法对亚轨道碎片危险区进行快速预测的基础上,逐步进行了空中风险目标碰撞预警和路径规划,主要工作如下:第一,亚轨道解体事故产生的大量碎片在随机大气环境中的分布具有概率特征,根据牛顿力学和空气动力学对单个碎片的扩散运动进行建模分析,并在此基础上,采用蒙特卡罗方法模拟亚轨道飞行器解体瞬间大量碎片的初始状态,结合运动模型研究大量碎片的时空演化特征。第二,考虑到民航对于实时性的高要求,蒙特卡罗模拟庞大的计算量通常不能满足实时应用,因此,提出一种协方差传播算法来描述解体碎片的分布特征,实验结果表明该算法相比蒙特卡罗方法具有较高的模型保真度,且计算效率得到了显著提高。此外,进一步结合航天器标准解体模型,完成多种碎片类型的仿真建模。第三,针对亚轨道解体事故碎片对民航飞机的潜在碰撞风险,提出一种民机在巡航过程中遭遇碎片的碰撞概率计算方法,参照国际航天器规避机动通用标准,对空中风险目标进行碰撞预警。第四,介绍了飞机改航路径规划方法,首先根据民航可接受的风险概率确定亚轨道碎片概率椭球的数学边界,其次利用几何算法将碎片危险区处理成凸多边形,最后利用改航点数量约束算法优化减少路径中改航点的数量,以保证飞机的平稳改航。此外,设计软件仿真系统,以提高空中交通管制人员应对亚轨道突发解体事故的反应能力。