高層大氣衛星阻尼觀測

高層大氣衛星阻尼觀測利用近地衛星軌道受大氣阻力的攝動，推算高層大氣密度的方法。

簡介

人造衛星在大氣中運行時，大氣阻力引起衛星軌道根數隨時間變化，即衛星軌道橢率不斷變小，軌道越來越圓，半長軸越來越短，周期越來越短等。因此，對衛星位置進行精密跟蹤定位，得出衛星軌道根數及其隨時間的變化率，進而求出大氣阻力的大小，即可得出大氣密度數據。根據大氣密度的高度分布，還可進一步推求大氣標高，估算大氣溫度等。

1959年以前，只是把大氣密度作為對衛星的一個阻力攝動因素，而沒有進行從衛星軌道反測高層大氣密度的專門研究。從60年代開始，高層大氣的衛星阻尼觀測受到人們的高度重視和深入研究，並取得了很大成果。到70年代末，已能用該法算出150～350公裡間的大量大氣密度數據。現今各種大氣模式中的高層大氣密度數據，絕大部分是用該法獲得的。人們還從這些數據發現高層大氣的周日變化(1960)和半周年變化(1961)，同時也發現了它們與太陽輻射和磁暴等的關係。

兩派

高層大氣的衛星阻尼觀測的理論有兩派：一派是以英國的金-海爾(King-Hele)為首的解析法；一派是以美國的亞基亞(L. G. Jacchia)為首的數值計算法。

金－海爾學派解析地得到了軌道根數隨時間的改變率的表達式。式中以參數形式包含了人造地球衛星軌道根數所受到的各種攝動因素。它假設除大氣阻力攝動以外的其他攝動因素為已知，並且認為軌道根數隨時間的改變率為從衛星定位觀測所推算出來的已知數，就可以求出大氣阻力，從而得出大氣密度。

方法介紹

亞基亞的理論是把衛星動力學方程中的大氣阻力參數作為未知數，在計算機上用最小二乘法解由衛星定位觀測所得到的衛星動力學方程組，求出未知數，或者用疊代法以相繼獲得的衛星定位新數據對衛星軌道不斷進行改進，得出最佳的大氣阻力參數，也可以得到高層大氣的密度。這種方法，還可以把代表其他攝動因素的參數也作為未知數,往往可以同時解出幾十個未知參數,提高了大氣密度值的測定精度。

衛星阻尼觀測的主要誤差源於衛星阻力係數值的不確定性，它與衛星姿態及其表面狀態有關。用衛星阻尼觀測所得的高層大氣密度值的相對誤差，對球形衛星為10.2%左右，而對柱形衛星為12.5%左右。為此，專門測定大氣密度的衛星一般製成球形以減小阻力係數誤差。