基于卫星观测数据的地球重力场探测技术发展趋势分析

分析研究了公开发布的全球重力场模型,根据已有真实卫星数据的重力场反演结果,依次分析了激光地球动力学卫星、重力卫星和测高卫星用于地球重力场探测的特点和局限性,并针对上述缺点和局限性,进一步介绍和分析了当前出现的可用于地球重力探测的新型载荷,如激光测距仪、原子干涉绝对重力梯度仪、干涉SAR高度计等,以及新载荷可能产生的探测效益。以上研究可为地球重力场探测技术未来的发展提供参考。     

基于激光干涉星间测距原理的下一代月球卫星重力测量计划需求论证

月球卫星重力测量是21世纪国际开展深空探测的发展趋势和追逐热点。月球重力场的精密测量是国际探月计划的重要组成部分,它决定着月球探测器的轨道优化设计和载人登月飞船月面理想着陆点的合适选取。本文首先介绍未来国际GRAIL（Gravity Recovery and Interior Laboratory）月球重力场探测双星计划的总体概述、关键载荷以及科学目标和研究方向。其次,重点阐述月球卫星观测模式可行性论证、月球卫星关键载荷的优化选取、卫星轨道参数的优化设计、仿真模拟研究的先期开展等我国将来月球卫星重力测量计划的实施建议。第一,由于高低/低低卫星跟踪卫星结合多普勒和甚长基线干涉系统观测模式（SST-HL/LL-Doppler-VLBI）对中长波月球重力场的探测精度较高,技术要求相对较低,月球重力场测定速度快、代价低和效益高,可借鉴地球重力卫星GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）系统的成功经验,对定轨精度的要求较低,而且可有效探测远月面区域的月球重力场信号,因此我国将来首期月球卫星重力测量计划采用SST-HL/LL-Doppler-VLBI观测模式较优。第二,我国应先期开展高精度的月球重力卫星关键载荷（激光干涉星间测距仪、非保守力补偿系统等）和地面Doppler\|VLBI系统的研制工作。第三,月球卫星轨道高度（50~100 km）和星间距离（100±50 km）的优化设计是成功实施将来我国月球卫星重力测量计划的重要保证。第四,建议我国将仿真技术应用于月球重力卫星的方案论证、系统设计、部件研制、产品检验、实际应用、故障分析等研制和运行的全过程。本文的研究不仅对我国将来首期月球卫星重力测量计划的成功实施具有重要的参考价值,同时对未来国际太阳系行星重力探测的发展方向具有广泛的指导意义。
     

重力场测量卫星应用电推进技术

全球重力场的精确测量对于地球物理学、卫星定轨等均有至关重要的意义。对于全球重力场测量卫星而言,其姿态和轨道的保持精度直接影响着全球重力场测量的精度。从重力场测量卫星要求出发,对卫星参数进行了假设,对重力场测量卫星采用离子推进技术的适用性进行了分析。     

静电加速度计对重力卫星平台的要求分析

静电加速度计是重力卫星的核心有效载荷,其非保守力测量精度是地球重力场反演任务成功执行的有效保证。文章分析了静电加速度计的测量信号以及对重力卫星平台的指标要求,重点指出满足这些要求应解决的关键技术,最后建议我国开展重力卫星研究。     

卫星跟踪卫星应用于月球重力场探测的模拟研究

月球卫星跟踪卫星技术作为月球和行星重力场探测的一种解决方案已经初步研究和讨论。文章引入已有的解析方法在理论上分析卫星间精密测距与月球重力场信号的频率响应关系，并通过模拟计算，以分析月球卫星跟踪卫星方法应用于月球重力场探测的可行性和恢复重力场的能力。由于月球卫星跟踪卫星方法是目前解决远月面重力探测最有潜力的方法之一，且已为一些月球探测计划采用，而我国的月球探测计划也同样面，临远月面探测的难题，文章的研究成果可为我国月球和行星重力场的探测提供参考。     

捷联式重力定高引信的力学分析及其关键技术

根据地球的重力场特性控制弹道导弹的引爆高度，不但安全可靠，而且可以对抗电子干扰。保持惯性空间是测量重力场的重要保证。本文论证捷联式重力定高引信的力学原理，给出了详细的数学证明。最后根据实验结果，讨论了捷联式重力测高引信的关键技术。     

卫星重力大地测量的进展与应用

介绍了专门用于地球重力场测量的低轨道卫星CHAMP、GRACE和GOCE，并对它们的工作原理和应用进行了分析。     

月球重力场环境对月球卫星轨道影响分析

文章分析了月球复杂的重力场环境对月球卫星轨道运行的影响。通过月球卫星冻结轨道与地球卫星冻结轨道的对比分析,结果表明月球重力场存在较大异常,并由此引起月球卫星轨道发生较大漂移。另外,月球冻结轨道在带谐项影响下还存在中等周期的漂移,仅简单考虑带谐项系数无法求得完美的月球冻结系数。由于月球重力场异常对绕月卫星的影响与地球轨道卫星情况相比存在很大差异,因此月球轨道卫星的长期运行与控制策略的设计必须充分考虑此影响。     

月球卫星轨道摄动及冻结轨道研究

利用理论分析、数值仿真与相图分析,论述了月球卫星冻结轨道与地球卫星冻结轨道的区别,分析结果表明,月球重力场存在较大异常,会引起月球卫星轨道发生较大漂移。月球冻结轨道在田谐项影响下,还存在中等周期的漂移。仅简单考虑带谐项系数,无法求得完美的月球冻结系数。月球重力场异常对绕月卫星的影响与地球相比存在很大区别。月球轨道卫星的长期运行与控制策略的设计,不能按照地球轨道卫星的传统方法。目前使用的月球引力模型精度较差,尽管基于这些不可靠的引力模型,可以得出很多有用结论,但对未来高精度的月球探测任务来说,还存在不足,需要在将来的月球探测任务中,探测高精度的月球重力场,以利于未来月球探测航天系统的任务分析与设计。     

超高精度星间距离测量及其在卫星重力场测量中的应用

介绍卫星重力场测量的最新技术——GRACE低-低卫-卫跟踪的基本思想及其关键有效载荷。在此基础上,对高精度KBR星间距离测量的基本原理进行简要分析,并探讨其关键技术。     

欧洲发卫星研究地球重力场

欧空局“重力场与稳态洋流探测器”（GOCE）卫星于3月17日由欧洲呼啸发射服务公司的俄制呼啸号运载火箭在普列谢茨克发射场发射成功。卫星被送入一条低高度近太阳同步轨道。本次发射原定去年9月份进行,但由于火箭的“和风”KM上面级出现制导与导航系统故障而推迟。GOCE是迄今最复杂的一颗用于地球重力场研究和地球水准面测绘的卫星．重约1050公斤．所携重力梯度仪由6台（3对）当今最先进的高灵敏度加速度计组成．用于在全部三个轴向上测量重力场各分量．     

欧洲GOCE卫星绘出首幅地球重力场图

据新华网2010年6月29日报道，欧洲航天局（ESA）日前根据2009年3月17日发射的重力场与稳态海洋探测器（GOCE）（见封二）传回的数据，绘出了首幅地球重力场图。ESA当天发表公报说，这幅图是根据GOCE卫星2009年11月和12月收集的数据绘制的，它内容精确，能够反映地球重力场极其微小的变化。     

下一代高精度卫星重力测量技术研究

以下一代高精度卫星重力测量为背景,针对低低卫卫跟踪模式与卫星重力梯度测量模式,论述了下一代低低卫卫跟踪和下一代重力梯度测量卫星方案。下一代低低卫卫跟踪重力卫星采用纳米级星间激光测距替代原微波测距,同时降低轨道高度以提高重力场敏感度。下一代重力梯度测量卫星采用原子干涉重力梯度仪替代静电重力梯度仪,原子干涉重力梯度仪在空间有超高的潜在灵敏度,可进一步提高卫星重力梯度测量的精度。同时,突破现有牛顿力学框架下的卫星重力测量技术,提出了基于广义相对论引力钟慢效应的卫星重力测量技术概念,卫星遍历地球周围空间时,通过测量星上时钟频率变化获取全球重力分布。仿真结果表明:三种新型高精度卫星重力测量技术可恢复200~305阶的全球重力场模型。     

卫星跟踪卫星测量模式中关键载荷精度指标不同匹配关系论证

本文基于改进的能量守恒法,对GRACE星载K波段星间测量系统、GPS接收机和SuperSTAR加速度计精度指标的不同匹配关系进行了系统论证。模拟结果表明：第一,各关键载荷精度指标呈线性匹配关系;第二,由于耗散能表现为累积变化特性,加速度计误差对恢复重力场的贡献不同于其它载荷;第三,以K波段星间测速精度指标1～10μm/s为标准并结合其它载荷匹配指标,在120阶处大地水准面累积误差为17.6～174.8cm,1.5°×1.5°重力异常累积误差为0.3～2.8mGal,其中K波段星间测速精度指标取1μm/s时,结果与德国地学研究中心（GFZ）公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型符合较好;第四,建议我国将来采用的卫星跟踪卫星测量模式中关键载荷精度指标设计为星间测速1～3μm/s、轨道位置3～10cm、轨道速度0.03～0.10mm/s和非保守力 0.3～1.0 nm/s 2较优。本文的研究为将来GRAIL月球重力探测计划和太阳系其它行星探测计划（如火星）中全球重力场的精确和快速测量提供了理论基础和计算保证。
     

重力卫星及其应用

地球重力场是地球的基本物理场之一。重力场及其时变反映了地球表层及内部的密度分布和物质的运动状态，同时决定着大地水准面的起伏和变化。因此，重力场的研究历来是大地测量学的热点之一。     

太空“蜂群”盯上地球磁场

据欧洲空间局的官网报道，已经酝酿11年的“蜂群”卫星星座（Swarm）将于11月14月由俄罗斯“轰鸣”火箭在普列谢茨克发射场发射。“蜂群”是欧空局继地球重力场和海洋环流探测任务卫星（GOCE）、土壤湿度和海洋盐度研究卫星（SMOS）和“克里塞特”2极地冰层探测卫星后实施的第四个地球探测项目，主要用于研究地球磁场变化规律，为研究气候变化和地球内部演变过程提供新的突破点。     

用地球磁场和重力场成功挽救风云一号（B）卫星的控制技术

风云一号气象卫星是我国最早成功发射的太阳同步三轴稳定对地遥感卫星，由于早期的技术和器件原因，星上计算机因空间辐照而失控，造成星上贮气耗尽、卫星高速翻滚。本文详细介绍了了在卫星面临失败的情况下，作者利用地球磁场和重力场与卫星的相互作用，采用星上的磁力矩器和可用的一切手段而设计的一整套抢救这颗卫星的技术方法，并简述了经过75天的艰苦努力，使这颗濒临失败的卫星重新建立三轴稳定的对地定向姿态的历程。     

欧空局卫星再入

欧空局“重力场与稳态洋流探测器”（GOCE）重力测量卫星11月11日再入。卫星在高空解体，无造成财产损失的报告。GOCE卫星发射重量1052公斤，其中包括供其离子电推进系统使用的约41公斤氙燃料。该卫星采用非常明显的箭头形设计，并带有翼片，长5米。     

地球资源卫星及其遥感器的发展

介绍了国外地球资源卫星及其遥感器的现状，分析了其发展趋势，提出了发展我国资源卫星及遥感器的建议。     

发射短讯

我国发射环境-1A、B卫星,中国希望号奥运星2009年发射,我国嫦娥-1卫星再次通过月食考验,欧洲航天局发射地球重力场和海洋环流探测卫星,NASA将向“国际空间站”发射新装置,美新一代“猎户座”载人飞船将无法提前首飞,美第2次商业太空运载器发射试验失败……