[發明專利]一種極軌衛星遭遇極光電子的預示方法

有效

• 申請號: 202211262559.2
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115600070B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 呼延奇;修志杰;左平兵;沈自才;曲少杰;張志平;李佳英
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部;哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06F17/11;G06Q50/26;G06Q10/06
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 林聰源

本發明公開了一種極軌衛星遭遇極光電子的預示方法，包括：按固定的時間間隔，計算極軌衛星在軌運行的空間位置地理坐標；將極軌衛星的空間位置地理坐標轉換為地磁坐標；基于極光帶邊界模型，輸入地磁活動Kp指數，確定極光帶區域的極向和赤道向邊界；基于極軌衛星的地磁坐標和極光帶區域，確定極軌衛星位于極光帶區域內的軌道位置，得到極軌衛星位于極光帶區域中的最長持續時間以及極軌衛星遭遇極光電子的概率。本發明可以實現對近地極軌衛星在不同地磁活動條件下遭遇極光電子的空間位置、持續時間及遭遇概率進行快速分析，為評估極軌衛星充放電風險提供依據。

技術領域

本發明涉及極軌衛星技術領域，具體涉及一種極軌衛星遭遇極光電子的預示方法。

背景技術

極光是磁層粒子進入大氣層激發大氣發光的一種現象，在衛星俯拍的極光照片中可以清楚地看到，極光出現在一個環繞地磁極的卵圓形條帶內，稱做極光帶。極光帶距離地磁極約20°，略向夜晚一側移動，其中，子夜附近極光出現最頻繁，強度也最大。在南北兩極區，可以同時觀測到形態類似、演化過程也類似的南極光和北極光，這是磁層粒子沿同一磁力線分別沉降到南北極區所激發的共軛極光現象。

引發極光的沉降粒子(尤其是電子)可以作用到運行于近地極軌的衛星表面，帶來表面充放電效應風險。

在低地球軌道上，太陽紫外輻射可以電離地球中性大氣中的氧和氮原子，形成等離子體。由于LEO軌道上的等離子體主要來源于太陽紫外輻射的電離作用，故等離子體密度隨太陽活動周以及地方時不同而存在差異。通常情況下，在LEO軌道上的電離層冷等離子體一般不會造成嚴重的衛星充電問題，但是在地磁活動期間，從磁尾注入的keV量級的熱等離子體可以沿著地球磁力線注入到極區很低的高度上，近地極軌衛星可能會遭遇這些熱等離子體，尤其是其中的電子則可能對衛星帶來嚴重的充電問題。目前運行于近地極軌的美國國防氣象衛星DMSP(軌道約840km、傾角99°)在軌實測的數據顯示，在兩極極光帶區域(地磁緯度55°-75°)可能遭遇的極光沉降電子能量可以達到數keV量級。需要特別指出的是，由于地球兩極磁力線的匯聚作用，使得極光沉降電子的通量可能會明顯超過GEO軌道。

目前在工程應用領域，缺少對極軌衛星在兩極區可能遭遇極光沉降電子位置及持續時間的預示方法。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種極軌衛星遭遇極光電子的預示方法。

本發明公開了一種極軌衛星遭遇極光電子的預示方法，包括：

按固定的時間間隔，計算極軌衛星在軌運行的空間位置地理坐標；

將極軌衛星的空間位置地理坐標轉換為地磁坐標；

基于極光帶邊界模型，輸入地磁活動Kp指數，確定極光帶區域的極向和赤道向邊界；

基于極軌衛星的地磁坐標和極光帶區域坐標，確定極軌衛星位于極光帶內的軌道位置，統計得出極軌衛星位于極光帶內的最長持續時間以及極軌衛星遭遇極光電子的概率。

作為本發明的進一步改進，所述計算極軌衛星在軌運行的空間位置地理坐標，包括：

獲取極軌衛星的軌道參數；其中，所述軌道參數包括近地點高度、遠地點高度和傾角；

將極軌衛星的軌道參數輸入到SGP4軌道計算程序中，按照固定的時間間隔，輸出極軌衛星在軌道上不同時刻的空間位置地理坐標；其中，所述空間位置地理坐標包括經度、緯度和高度；優選，固定的時間間隔為60s，一天輸出1440個極軌衛星在軌道上的空間位置地理坐標點。

作為本發明的進一步改進，所述將極軌衛星的空間位置地理坐標轉換為地磁坐標，包括：

基于地磁坐標計算程序將極軌衛星的空間位置地理坐標轉換為極光帶模型所采用的地磁坐標，獲得極軌衛星在地磁坐標系下的磁地方時信息；優選，可在地磁坐標系上轉換得到1440個極軌衛星的地磁坐標點。