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10倍 欧空局“蜂群”系列卫星收集到的数据显示，过去6个月来，地球磁场一直在衰减。“蜂群”卫星任务负责人鲁内·弗洛贝格哈根说，科学家尚不明白地球磁场为什么会衰减，但一个可能的原因是，地球磁极将要调转。     

地球磁场对太阳风扰动响应的研究

分别对行星际激波、太阳风动压增大事件和减小事件的地球磁场响应进行了比较. 分析结果表明, 同步轨道磁场对太阳风扰动在向阳面产生较强的正响应, 在背阳面 响应较弱且有时会出现负响应, 地磁指数SYM-H对太阳风扰动的响应为正响应. 同时还得出, 向阳侧同步轨道磁场响应幅度d Bz与地磁指数响应幅度d SYM-H、上下游动压均方差均具有较好的相关性. 地磁指数响应幅度与同步轨道磁场响应幅度相关关系在激波和动压增大事件中具有一致性, 动压减小事件出 现明显差异, 这说明激波和动压增大事件在影响地球磁场方面具有某种共性.      

双轴卫星天线扰动特性建模、仿真及试验

卫星天线微振动是影响卫星姿态控制精度的重要因素,卫星天线扰动建模的目的是掌握其扰动规律,进而采取相应的控制方法和隔离技术.综合考虑卫星天线扰动源步进电机的扰动力以及天线结构固有模态对星体的扰动影响,建立了卫星天线机构机电一体系统对星体扰动力的数学模型.通过仿真计算,设计试验测试卫星天线扰动力,比较仿真结果和试验结果,对所建模型进行验证.比较结果表明:建立的天线扰动模型准确可靠,对卫星指向控制精度和稳定性的影响提供了借鉴和参考.      

辐射带高能电子通量波动与地磁暴警报

地球磁场捕获带电粒子形成辐射带,地磁场的扰动将导致带电粒子通量的变化.根据磁暴期间外辐射带高能电子通量起伏和波动的特点及规律,利用GOES卫星实时发布的5min分辨率高能电子微分通量数据,构建了高能电子通量波动指数,并分析了该指数与地磁活动的关系.结果表明,所提出的高能电子通量波动指数与地磁事件有很好的相关性,能起到地磁暴发生的指示剂作用,相对于目前空间环境业务化预报过程中广泛使用的3hKp指数,高能电子通量波动指数能更早地警报地磁暴的发生,是潜在有效的地磁暴警报辅助手段,能为空间环境预报中的地磁暴实时警报提供重要参考.      

Alfven波在微电离大气中的衰减特性研究

利用简单的偶极子地磁场模型以及大气电子密度和电导率模式, 分析地面产生的磁扰动以Alfven波的模式传播到近地空间区域. 这种地面的磁扰动可能干扰近地空间卫星对空间磁扰动的观测. 通过对地面磁扰动Alfven波模式1000 km高度内的衰减情况进行模拟, 认为在近地空间采用地磁偶极子模型是合理的. 由于衰减随扰动频率的增大而急剧增强, 分析还得到了近地卫星能够探测到地面磁扰动的最大频率. 计算结果表明, Alfven波的衰减主要集中在高度50 km以下, 这个区域内的大气电导率极其微弱, 使Alfven波的传播受到极大衰减. 0.4 Hz以下的Alfven波沿磁力线传播到1000 km高度后衰减结为原来扰动幅度的千分之一, 因此频率在0.4 Hz以下的Alfven波可能会干扰低轨卫星探测磁场脉动.      

基于磁力矩器的GEO卫星角动量卸载方法

针对GEO卫星的角动量卸载,提出了利用磁力矩器进行卸载的方法.对静止轨道上地球磁场强度进行了分析,对于中国上空的静止轨道区域,静止轨道的磁场主要在卫星Y方向即南北方向,其次在X方向.对开关式磁力矩器的卸载方案进行了研究,列出了卸载需要满足的方程,对方程的解进行了讨论.最后,提出了磁卸载的四个工作模式并进行了仿真,证明该卸载方法具有良好的适用性.     

DEMETER卫星记录到的电离层加热现象

在法国DEMETER卫星运行期间, 地基电离层加热装置SURA和HAARP开展了一系列加热试验, 记录到各类电离层异常信息, 发现电离层加热过程中卫星观测的电离层扰动信号包括HF发射泵波及边带泵波、VLF人工源增强及频谱拓展、ULF/ELF/VLF调制波、ELF电磁扰动、ULF谐振波、等离子体特征参量扰动及高能粒子沉降等. 由于传播及耦合机制的差异, 发射泵波可以穿透电离层直达卫星高度, 其观测概率最高达到68%以上, 其他扰动受发射调制模式及当地电磁环境等影响,观测概率相对较低, 均在40%左右, 有些甚至是某次试验中出现的个别事例. 结合中国地震电磁监测试验卫星飞行轨道设计及载荷配置等,对未来开展加热试验进行了分析论证, 并参考DEMETER卫星试验结果给出了一些建议.      

地磁场模型简化计算方法

为了实现地磁导航在近地轨道卫星上的应用,需要解决传统的高斯球谐函数递推法在计算地磁场强度时存在方法复杂、计算量大、实时性难以保证等问题.针对上述问题,提出一种用地球磁场估计函数代替球谐函数的地磁场强度计算方法.该方法利用伪地心下的磁偶极子模型代替主磁场模型,通过多项式拟合离线得到高度范围内固定经纬度网格点的伪中心距系数,进而利用插值法和偶极子模型得到任意点的地磁场强度.仿真结果表明,轨道高度为300～500km,经纬度网格间隔为0.5°时,地球磁场估计函数法的导航精度与地球主磁场模型WMM精度一致的同时,降低了计算负担,提高了算法计算效率.      

刚体卫星姿态的有限时间控制

针对刚体卫星的姿态控制问题,设计了不存在和存在扰动力矩两种条件下的有限时间状态反馈控制律.对于无扰动力矩情形,基于非线性齐次系统性质,设计了一种便于工程实践性的连续、非奇异的比例微分形式控制算法,保证姿态闭环系统有限时间收敛到零点,而且此算法能直接推广到卫星姿态跟踪问题.对于存在扰动力矩的情形,基于有限时间Lyapunov定理设计的连续、非奇异的控制力矩保证卫星姿态和角速度在有限时间内收敛到原点附近的邻域.当外扰力矩为零时,此控制律使闭环系统状态有限时间收敛到平衡点.数学仿真结果说明了提出的控制算法有效.     

基于FY-3C掩星数据偶发E层的研究

利用FY-3C极轨卫星提供的2014年6月至2015年5月的GPS无线电掩星数据,统计分析了全球范围内抽样频率为50 Hz的C/A码SNR扰动情况,进而对偶发E层进行了研究.结果表明:偶发E层在夏季半球中纬地区的扰动强度远远大于冬季半球同一纬度地区的扰动强度,偶发E层在纬度40°附近扰动明显增强;在E层100 km高度附近,Es层在10:00 LT和22:00 LT达到峰值;Es层在夏季半球的出现率明显高于冬季半球;FY-3C卫星的掩星观测结果与COSMIC系统的观测结果较一致,可以利用FY-3C卫星的掩星数据研究电离层偶发E层等的变化.      

太阳帆板振动对星载CCD相机成像的影响

由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理建立了带有大型拓性太阳帆板的卫星的数学模型;还建立了卫星姿态运动、轨道运动、地球自转、地球曲率、高斯投影等影响下的星载线阵ＣＣＤ成像模型。利用以上模型和数字计算机仿真技术,仿真分析了太阳帆板的弹性振动和卫星姿态的相互影响对图像质量的影响。     

Wobble of a spin stabilized satellite with cross products of inertia and magnetic attitude control

Asymmetrical spin stabilized satellite dynamics in the vicinity of the required motion is considered. The principal axis of the maximum moment of inertia slightly deviates from its assumed direction in the satellite reference frame. This is formalized in the cross products of inertia. This inertial uncertainty results in a wobble, that is undesired angular velocity components perpendicular to the rotation axis, and oscillations of this axis near the required direction. The torque-free motion is investigated first. Expressions that explicitly relate satellite inertia parameters to wobble are provided. Wobble evolution under the action of magnetic damping control is analyzed next. Its amplitude approximate exponential decay behavior and residual unavoidable wobble level are derived. These expressions are compared with numerical simulation results of nonlinear equations of motion including various disturbance sources.     

基于卫星自旋的纯引力轨道万有引力干扰抑制

一个称为“内卫星”的验证质量块位于外卫星的内部空腔中,不与外卫星接触而自由飞行,由于外卫星的屏蔽,其不受大气阻力、太阳光压等干扰作用,沿着纯引力轨道飞行。外卫星会对内卫星产生万有引力作用,是内卫星纯引力轨道的主要残余干扰。根据卫星相对运动动力学方程,建立了万有引力干扰对内卫星纯引力轨道影响的分析模型;基于将外卫星绕轨道面法向旋转以调制万有引力的策略,建立了外卫星自旋对万有引力干扰影响的抑制模型。以内编队纯引力飞行系统为例,对比计算了外卫星有无自旋时万有引力干扰对内卫星纯引力轨道的影响。基于模型的分析表明,外卫星自旋能够显著抑制万有引力干扰对内卫星纯引力轨道的长期影响;实例计算表明,万有引力干扰的天长期影响能够降低5~7个数量级。     

卫星沿轨道运动对地面覆盖带外沿轨迹的确定

根据单参数平面曲线族包络线求解原理,给出了卫星沿轨道运动对地面覆盖带外沿轨迹的解,井讨论了地球旋转对地面覆盖带的影响。     

Energization of charged particle in a time-dependent chaotic magnetic field with an implication of the production of seed particles in solar energetic particle events

We investigate the acceleration of charged particles in a time-dependent chaotic magnetic field in this work. In earlier works, it has been demonstrated that in an asymmetric wire-loop current systems (WLCSs), the magnetic field is of chaotic in nature. Furthermore, observations also showed that there exist time-varying current loops and current filaments in solar corona. It is therefore natural to conceive that the magnetic field on the solar surface is chaotic and time-dependent. Here, we develop a numerical model to study the acceleration process of charged particles in a time-varying chaotic magnetic field that is generated by an ensemble of 8 WLCSs. We found that the motion of energetic particles in the system is of diffusive in nature and a power law spectrum can quickly develop. The mechanism examined here may serve as an efficient pre-acceleration mechanism that generates the so-called seed particles for diffusive shock acceleration at a coronal mass ejection (CME) driven shock in large solar energetic particle (SEP) events.     

卫星扫描辐射计的地面分辨率的计算

本文给出了计算卫星扫描辐射计的地面分辨率的精确方法。这种方法既可用于静止卫星,也适用于扫描方向垂直于轨道面的低轨道(通常取太阳同步轨道)卫星。在计算中分别考虑了把地球作为球体和旋转椭球体两种情况。     

基于STK的卫星实时视景仿真系统设计

卫星在轨运行的可视化仿真,能够直观、逼真反映卫星的实时轨道和姿态运动。卫星工具软件包（STK）是进行卫星系统仿真和分析的重要工具,能够满足卫星二维和三维的可视化仿真要求。在深入研究STK/Connect模块的基础上,应用Windows Sockets和多线程编程技术,开发了STK实时视景仿真驱动程序,该程序利用UDP协议接收模拟遥测计算机给出的卫星参数,通过与STK/Connect模块的通信,实时驱动STK的仿真运行,成功实现了卫星在轨运行实时视景仿真的演示效果。     

一类复杂力场中磁性刚体航天器的混沌姿态运动

研究在地球万有引力场和磁场中具有结构内阻尼的磁性刚体航天器的近赤道圆轨道上平面天平动的混沌行为。应用Melnikow方法建立了系统存在横截异宿环的条件，分别采用功率谱和Lyapunov指数等数值方法对系统力学行为进行识别。数值结果表明，在不同参数条件下系统出现周期运动和混沌运动。     

自旋稳定通信卫星姿态确定的矩阵方法

文章陈述了自旋稳定通信卫星姿态确定的矩阵方法及其工程应用的七种情况。这种方法是同时应用地球角θ_s、太阳角θ_s和从太阳到地中的转动角λ_s。确定地球同步自旋稳定卫星的姿态。这种方法可唯一确定卫星姿态,简单了计算,并仅受地球矢量和太阳矢量共线的几何限制条件,姿态确定精度较高,这种矩阵方法得到了中国成功发射的五颗地球同步通信卫星的满意的应用和验证。     

上游太阳风中高能电子向同步轨道区的传输

通常认为，同步轨道区的电子通量增加是由于磁暴或者上游太阳风高速流的扰动所引起．近来的观测表明，起源于太阳活动的行星际高能电子也是引起同步轨道电子通量增加的重要原因之一．Zhao等在研究2000年7月14日太阳剧烈活动时发现，同步轨道区相对论电子通量巨幅增加时没有观察到上游太阳风高速流的扰动，并且磁暴发生在电子通量事件之后．采用解析磁场模型和实际磁场模型(T96模型)模拟来自太阳的相对论电子在磁尾中的运动特性．计算结果表明，当行星际磁场南向时，进入到磁尾的行星际相对论电子可以从较远的磁尾区域运动到同步轨道区域．这一研究结果从理论上论证了起源于太阳活动的高能电子可以对同步轨道区相对论电子通量的增加产生重要的作用．