基于精密轨道反演高精度大气密度方法研究

This project will develop a method for high accuracy atmospheric density derived from manned spacecraft observational data, and other domestic and foreign precision orbital data.The accurate method for retrieving the atmospheric density is established,and focused on resolving the key problem which is derived point density data from precise ephemeris data. At the same time retrieving density accuracy is evaluated,and research the change of atmospheric density with the solar radiation and geomagntic activity.Therefore, the project will be provided for technical support to further reasearch on upper atmospheric density change mechanism,and constantly improve the spacecraft orbit determination forecast accuracy,which has great scientific significance and engineering value.

本项目将开展利用载人航天测轨数据以及国内外其它精密轨道数据反演高精度大气密度的方法研究，建立精确的反演大气密度方法，重点解决利用高精度轨道数据反演高精度密度数据的难点问题，并对反演密度精度进行评估，同时充分利用反演大气密度数据，研究大气密度随太阳辐射和地磁活动的变化规律。因此，该项目的开展将为深入研究高层大气密度变化机理，不断提高中低轨航天器的定轨预报精度提供技术保障，具有重大的科学意义和工程价值。

自1992 年启动载人航天工程以来，我国航天事业正在经历快速发展的时期，由于高精度的时间与坐标系统、地球非球形引力摄动模型、日月引力摄动模型等的应用，以及测控手段的增加，使得测定轨水平取得了长足的发展和进步。但是大气密度的不准确一直制约着我国低轨航天器定轨预报的精度。我国轨道预报使用的大气模型基本依赖国外十余年前公开发布的大气密度模型。在太阳活动平静期大气密度计算不准确导致的误差约在15％左右，爆期更是成倍增长。但是随着航天事业的发展，对大气密度模型的精度提出了更高的要求。现有研究表明，要让模型本身有突破性的进步，以满足航天任务需求，必须要有高精度的大气密度数据来支持模型的改进。.纵观轨道反演的发展， TLE 数据虽然比较丰富，但是其精度较低，一般在公里量级，对反演大气密度的精度和分辨率带来一定的影响。加速度计反演大气密度数据虽然质量高、时空分辨率也较高，但是可获得的加速度计数据相对较少，尤其是国内更少。在利用精密轨道数据反演大气密度方面，国外已经开始了相关研究，但是目前国内还没有相关方面的研究。因此及时开展相关技术研究，利用多种手段尽可能地获取高精度大气密度信息，有利于进一步研究高程大气的分布状况，从而进一步提高轨道预报精度和航天测控能力。.鉴于此，本项目将开展我国自主观测数据以及国内外其它精密轨道数据反演高精度大气密度的方法研究，旨在建立精确的反演大气密度方法，并对反演密度精度进行评估，同时充分利用反演大气密度数据，研究大气密度随太阳辐射和地磁活动的变化规律。首先，根据气-表面相互作用原理，建立了复杂航天器的大气阻尼系数物理模型，该模型能很好的反应大气阻尼系数随空间环境的变化。其次，基于低轨航天器大气阻尼效应引起的轨道半长轴衰减的原理，利用数值积分方法开展了利用天宫一号航天器精确轨道星历数据反演高时间分辨率大气密度的研究。第三，反演大气密度与模型密度进行了比较，验证了反演方法的有效性。本文的研究成果可以为热层研究和经验密度模型标校提供高质量的大气密度数据。该项目的开展将为深入研究高层大气密度变化机理，不断提高中低轨航天器的定轨预报精度提供技术保障，具有重大的科学意义和工程价值。