激光测距卫星的自旋及热阻力模型研究

On the demand of satellite precision orbit determination and space weather research, we want to analysis and model the spin axis of satellite and its thermal drag forces by using high accuracy satellite laser ranging observations and detailed geometry and physical properties. The results will improve the accuracy of forces model of satellite, and also are the necessary to solve more detailed and accuracy dynamics parameters by using high satellite laser ranging observations. To check the physical processes of the decay of semimajor axis of orbit, investigations of the empirical along-track acceleration has been done in detail. Based on the long-term observations providing by International Laser Ranging System and photometric data of Yunnan Observatory, a spin axis model agreeing with observations will be derived, on the basis of which, surface temperature distribution throughout the satellite will be modeled. And the thermal drag forces according to the asymmetry reradiation due to temperature distribution will be calculated more accuracy. The model, besides meeting the requirements of precision orbit determination, makes the analysis of the effect of ionospheric in satellite motion to be possible.

本项目从人造卫星精密定轨和空间天气学研究的需求出发，利用激光测距卫星高精度的测量数据和较为完备的各项几何、物理参量等特点，对卫星的自旋和热阻力进行建模分析和研究。研究结果是对人造天体准确力源模型的进一步完善，也是通过解算卫星高精度测量资料来获取更为详细、精确的动力学信息的必要条件。项目研究围绕激光测距卫星轨道半长径衰减这一现象的具体物理解释，对以往动力学分析中引入的经验类阻力进行更加深入的分析和探索。研究拟依据国际激光测距网提供的长期观测资料和云南天文台光度测量数据，在解算出与实测吻合的卫星自旋模型基础上，创新性地建立与自旋相对应的表面温度分布模型，并据此计算卫星表面温度不均匀所致热阻力的精确值。研究建立的分析模型在满足卫星精密定轨研究需求的同时，也使得准确分析电离层大气在卫星运动中的作用成为可能。

对 LAGEOS 等卫星进行精密定轨中，引入了经验项——类阻力，但尚未获得物理解释，目前认为热阻力有可能是类阻力的主要物理来源。所谓热阻力，是指由于卫星表面温度不均匀而产生各项异性辐射所引起的反作用力。因此本项目确立了如下研究内容，主要包括三个模型的建立和检验，即卫星自旋模型、表明温度分布模型、热阻力模型。自旋模型是基础，依赖于自旋参数的获取（激光测距资料解算法和光度测量数据解算法），基于自旋模型、结合太阳光照等条件建立表明温度分布模型，基于表面温度分布模型建立热阻力模型，最终用精密定轨评估模型优劣，迭代进行模型改进。进过深入研究，详细调研了卫星的资料，初步建立了 LAGEOS、Etalon 卫星的三维模型，利用非等间隔的频谱分析法(lomb)构建了自旋参数解算平台，建立了自旋模型，以及精密定轨检验平台，下一步将继续对表面温度模型进行深入研究。