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空间环境预报中心-SEPC
空间环境参数介绍
高层中性大气环境
      在不同的太阳活动和地磁活动条件下,高层大气密度和原子氧数密度会发生数量级的变化。大气密度的变化对航天器的轨道衰变和寿命有极大影响,也影响航天器的姿态,磁暴时大气密度的急剧增加能使地面跟踪系统丢失大量跟踪飞行目标;原子氧对航天飞行器表面有剥蚀和化学作用,会对航天器材料系统造成有严重影响。
      本项目服务对象为航天器设计、飞行计划制订及轨道的预报与跟踪等部门。我们能够提供90~2500km高度范围的大气密度﹑原子氧数密度和大气温度等高层中性大气参数的远期(太阳活动周)﹑中期(提前27天)、近期(提前1-3天)预报和提前3小时的警报。
       要求条件:用户提供对应飞行轨道的地理位置、日期和时间等。
       服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
       例子:中、低纬度上空某一高度午后2点的大气密度平滑月平均的远期预报值。
原子氧通量计算及效应预测
 在200~800km的低地球轨道区域中,中性大气的主要成分是原子氧。原子氧是一种强氧化剂,航天器遭遇到高通量的原子氧后,其表面材料将发生显著的物理和化学反应,这些反应的结果导致表面材料的质量损失和材料物理化学性质的改变(如材料的剥蚀,表面的腐蚀、挖空,材料变性和污染等),并且这些效应是随时间累积的,会造成航天器防护层的破坏、观测设备的失效。因此,在设计选用长期飞行的航天器(如空间站)的表面材料时,必须考虑到原子氧环境及其对航天器可能造成的损伤,以便采取相应防护措施,尽可能减小原子氧所造成的危害。
 本项目的主要服务对象为航天器设计部门和使用部门。我们能够给出不同太阳活动水平和不同地磁指数下,不同高度上的原子氧的通量分布以及在定常剥蚀率下原子氧对材料的剥蚀厚度。
  要求条件:航天器轨道,材料的剥蚀率(可选),发射时间。
  服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:飞行攻角为0°时不同太阳活动水平下原子氧年积分通量随轨道高度的变化(Ap=15)。
流星体通量计算机效应预测
  流星体是来源于宇宙各星系的在星际空间高速运转着的固体颗粒,相对地球的运行速度可达11~70km/s。由于流星体动能很大,航天器遇到流星体撞击,会造成机械损伤,轻则造成表面粗糙,使光学表面、太阳电池、辐射表面和映象装置等受到损害;重则造成部分内外表面的裂痕、穿透和剥落等,使飞行器及其子系统产生各种故障。流星体的分布随时空变化,尤其是当产生流星体的母体彗星回归时,航天器还可能遭遇到"流星暴"的'攻击',受到更严重的危害。因为撞击发生时,巨大的能量将在极短的时间内、在极小的碰撞点上释放出来,会对飞航天器造成极为严重的后果,如汽化碰撞目标上的一些物质,形成羽状等离子体流,当等离子体穿透仪器时会造成电路短路,从而引起飞行器故障等的发生。因此,在航天器设计和运行阶段,必须掌握流星体的分布及其效应。本产品主要服务对象是航天器的设计和使用部门。我们能够给出流星体的通量分布、流星体与航天器的碰撞概率预测、流星体与材料碰撞后对材料所产生的撞击坑深度或穿透厚度预测。
  要求条件:航天器轨道、表面材料(可选)及发射时间、运行时间。
  服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:流星体的通量随质量的分布。
空间碎片通量计算及效应预测
  空间碎片是指宇宙空间中除正在工作着的飞行器以外的人造物体。由于这些碎片在轨道上高速(低轨道上相对地球速度可达8~10km/s)运动着,一旦与工作着的飞行器相撞,即使碎片很小,都会造成飞行器的损伤,不同尺度的空间碎片产生不同的效应:微小碎片会使航天器表面发生砂蚀而凸凹不平;具有足够动能的碎片能打穿太阳能电池防护层,造成电池阵短路或损坏电池阵。目前,低地球轨道碎片数量正以每年10%以上的增长率增加,极大威胁着航天器的安全。航天器设计和使用部门必须考虑空间碎片的分布及其可能产生的危害,以便采取相应对策,最大程度地减小危害,避免航天器故障的发生。本项目的主要服务对象是航天器的设计和使用部门。我们能够给出地球轨道上不同太阳活动水平下,不同高度上的碎片通量;航天器与碎片的碰撞概率预测;给出运行期间航天器各表面上的碎片通量分布,给出屏蔽厚度以及相应的防护原则。
  要求条件:航天器的轨道参数、发射日期、面积质量比及形状尺寸表面材料(可选)。
  服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:太阳活动水平F10.7=150时不同高度上面积质量比为10m2/kg的飞行器 飞行一年期间与1cm和10cm碎片的碰撞概率。
航天器内外空间高能带电粒子能谱计算
  空间高能粒子是引起航天器异常或故障甚至失效的重要因素,是危害空间生物的空间环境源。而空间高能粒子造成的航天器及空间生物效应的计算、地面模拟实验等都依赖于空间高能粒子的能谱。因此对航天器内外的高能粒子能谱的计算非常重要。本项目的主要服务对象是航天器的设计部门和使用部门。我们能够给出不同轨道航天器可能遭遇到的空间高能带电粒子(电子、质子及重离子)能谱;航天器内部屏蔽(简单屏蔽或复杂三维屏蔽)后的高能粒子能谱。
  要求条件:航天器轨道,发射和在轨时间,航天器结构、材料。
  服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:
空间高能带电粒子分布计算
   根据航天器轨道计算轨道高度的高能粒子等值线分布或沿轨道的高能粒子通量分布,可以帮助设计部门和运管部门,尽量避开那些粒子能量高且密集的区域,对于必经的区域可以采取相应的防护措施,可以计算的高能粒子参量包括辐射带电子、质子,银行宇宙线质子和重离子,太阳宇宙线质子和重离子,以及辐射效应相关的参数,如剂量、翻转率等。
  条件要求:航天器轨道,发射和在轨时间。
  服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:

上图为高度1200公里高度辐射带大于10MeV质子通量分布。
下图为双星极轨星TC2沿轨道能量大于1MeV的辐射带电子通量分布。
电离层环境参量的计算
   电离层是能量很低的准中性等离子体区域。高密度的电离层等离子体对飞行器的主要影响有:高电压太阳阵的电流泄漏及弧光放电,造成电源功率无功损耗,影响电源效率;引起大的高电压系统的离子曳力而影响轨道运行;传播效应,影响通信、导航、定位及测控等系统的正常工作等。电离层等离子体与航天器的相互作用生成的等离子体鞘和尾流等也将使航天器产生充电效应,及与飞行器有关的通信、导航、定位和测控等产生影响,影响有关的科学测量。以上各种效应的计算都依赖电离层环境参量。我们能够提供电离层的电子(离子)密度、温度和积分电子含量。
要求条件:航天器轨道,时间,太阳黑子数
服务方式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:
地球同步轨道等离子体参量计算
   地球同步轨道(GEO)是应用卫星的高密集区。该区的空间等离子体是引起航天器异常的重要环境因素,地球同步轨道的等离子体情况很复杂,粒子能量范围宽,几乎涉及所有能量的等离子体,粒子的能谱也不完全一样,在不同的磁活动条件下其构成区亦不完全相同。地球轨道航天器经常在部分外辐射带、等离子体层或其层顶或等离子体槽以及背阳侧的等离子体片的内边界区等几个不同的等离子体区中穿越。在这些区经常存在着由于与亚暴对应的等离子体注入事件,引起处于此环境中的航天器高充电,造成航天器工作异常,甚至失效。因此,对地球同步轨道的等离子体参量计算是非常必要的。我们能够给出地球同步轨道等离子体的密度、能量、数通量和能通量。
  要求条件:时间
  服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:
空间磁场参量计算
   空间磁场是重要的空间环境参数之一。磁场会干扰空间飞行器的姿态;产生的感生电场效应;另一方面磁场及其扰动(尤其是磁暴和亚暴)还通过对其它环境参数的作用(主要包括:对辐射带的、 对宇宙线的、 对沉降粒子的及对等离子体的影响。)对飞行器产生间接影响--剂量效应、单粒子事件效应、飞行器充电效应。在航天器的设计中空间磁场环境是必须考虑的重要因素。我们能够提供各种空间磁场参量的计算,包括磁场强度、L值、L*、B0等。
  要求条件:航天器轨道参数。
  服务形式:根据用户要求提供附图表的报告。
例子:MEO轨道高度磁场总强度分布
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