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大气阻力引起卫星轨道衰减的数值模拟
  • ISSN号:0001-5733
  • 期刊名称:地球物理学报
  • 时间:2013.12.15
  • 页码:3980-3987
  • 分类:P35[天文地球—空间物理学;天文地球—地球物理学]
  • 作者机构:[1]宇航动力学国家重点实验室,西安710043, [2]武汉大学电子信息学院,武汉430072
  • 相关基金:国家教育部博士学科点专项科研基金(200804860012),宇航动力学国家重点实验室开放基金(2012ADL-DW0302),以及国家自然科学基金(41104119,41274194)资助.
  • 相关项目:星载磁力计在轨精密标定方法研究
中文摘要:

本文以德国低轨道卫星CHAMP为例,联合考虑地球扁率和大气阻力摄动的影响,对相应摄动方程进行数值积分,计算轨道根数变化,并进而计算得到卫星空间位置,由此模拟考察大气阻力引起的轨道高度衰减.模拟中使用综合考虑了太阳辐射和磁暴等多种因素影响的最新国际大气标准JB2008模式来计算热层大气密度.选取CHAMP卫星轨道高度自然衰减(无点火提升卫星高度操作)的2005全年进行模拟;为了考察不同年份阻力系数的可能变化,对2002年1—3月处在较大高度的轨道也进行了模拟.考虑到CHAMP卫星的特殊几何构形及飞行高度的热层温度条件,取阻力系数大于2.8,并在一定范围内变化,以求得模拟与实际轨道衰减符合较好.结果表明,对于2005年,阻力系数为2.91时模拟得到的轨道高度的衰减与实际轨道衰减符合得最好,模拟与实际轨道半长轴全年的标准偏差为81ITI;在卫星高度稍高的2002年,模拟的最佳阻力系数为3.0;模拟所得最佳阻力系数值比传统使用的值2.2大30%以上.由于在模拟中忽略了高阶保守力分量,所得近/远地点高度没有出现实际轨道所显示的周期性起伏.

英文摘要:

Considering jointly the perturbations due to earth's oblateness and atmospheric drag, the LEO satellite orbit decay has been simulated for CHAMP by numeric integration on relevant perturbation functions to derive variations of orbit elements and calculate the sate air the spatial positions. In the simulation the newly proposed international standard atmosphere of JB- 2008 is used to produce the air mass density, which takes both the solar radiation and geomagnetic activity comprehensively into account. The simulation is performed for 2005 when there were not either firing for lifting the spacecraft or major attitude change and thus the spacecraft orbit underwent a natrual decay. In order to inspect the possible change in the coefficient at higher altitude, the orbit in 2002 is also simulated for the first three months. Inconsideration of particular shape of the CHAMP spacecraft and the thermospheric condition in which the spacecraft is flying, we adopted the air drag coefficient larger than 2.8 and varying in a range to find the optimum drag coefficient. It is found that for 2005 year the simulated orbit altitude decay is consist with the real one best when the drag coefficient being as 2.91 as large. The simulated semi major axis length shows a standard deviation in respect with observed ones as small as 81 m. At higher orbit altitude in 2002, the simulated optimum drag coefficient is estimated at 3. 0. Thus the resulted coefficients are much larger than the conventionally used value of 2. 2. The simulated decaying apogee and perigee exhibit no periodic fluctuations that exist by contrast in the real orbit decays, which may be due to neglecting the higher order gravity components in the present simulation.

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期刊信息
  • 《地球物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国地球物理学会 中国科学院地质与地球物理研究所
  • 主编:刘光鼎
  • 地址:北京9825信箱
  • 邮编:100029
  • 邮箱:actageop@mail.igcas.ac.cn
  • 电话:010-82998105
  • 国际标准刊号:ISSN:0001-5733
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2074/P
  • 邮发代号:2-571
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,第二届国家期刊奖,中国期刊方阵“双高”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰地学数据库,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国地质文献预评数据库,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),美国石油文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:31618