地球辐射带建模框架和我国自主辐射带建模研究

发布时间：2020-03-28 21:38

【摘要】：地球辐射带的发现是人类进入航天时代后的第一个重要成果。由于辐射带形成的高能带电粒子辐射环境给航天器在轨运行安全带来了严重隐患,必须在航天任务的地面设计阶段获得对辐射带精确的定量描述,并对航天器进行针对性的防护设计,因此,为地球辐射带建模,通过辐射带模型获得对辐射带精确的定量描.述成为所有航天大国面临的一个迫切需求。拥有自主的辐射带模型,可以使我国具备有效防护和规避空间环境危害的手段,提高保障航天器安全可靠运行的能力,对健全我国航天工程体系、提升我国航天工程水准具有重要的现实意义。本文对辐射带建模框架和我国自主辐射带建模进行了研究,内容分为七章。第一章为绪论,介绍了辐射带及其建模研究的背景、起源和国内外发展历程;第二章对辐射带模型分类进行了研究,给出了辐射带模型的分类方法,并按照该方法对辐射带模型进行了分类;第三章对辐射带模型发展路线进行了研究,给出了现有辐射带模型的总体发展路线和作为航天工程事实标准的AP-8/AE-8的发展路线;第四章对辐射带模型框架进行了研究,给出了能够描述辐射带动态变化的辐射带模型标准框架的构成及具体实现的思路和方法,以AP-8/AE-8和AP-9/AE-9作为样本对辐射带模型标准框架进行了验证,给出了基于标准框架的模型更新与升级方法;第五章对我国自主辐射带建模进行了研究,分析了自主建模的必要性和可行性,确定了自主建模的目标,完成了自主模型的需求分析,给出了自主模型的功能指标,根据辐射带模型标准框架对自主模型进行了设计,给出了自主模型的软件实现方案,并对建立的自主模型进行了验证;第六章对辐射带建模的未来发展进行了展望,分析了国内外辐射带建模研究的发展趋势,并探讨了新技术和新理念在辐射带建模中的应用;第七章为全文的总结,回顾了辐射带建模框架和我国自主辐射带建模研究的主要内容,强调了研究的主要成果和创新点。以上七章中,第四章和第五章的内容是本文的核心研究内容。本文的主要成果和创新点在于:1.提出了完整的辐射带模型标准框架体系。标准框架从航天工程需求出发,定位了辐射带模型的标准功能,给出了模型结构、组成部分和工作流程,并进一步给出了辐射带模型的具体实现方案。标准框架给出了辐射带建模的路线图,可以作为辐射带建模的指导方案;标准框架给出了构建辐射带动态模型的方法。2.按照辐射带模型标准框架,建立了我国第一个拥有自主知识产权的辐射带模型。自主模型是聚焦于LEO的辐射带局部模型,同时也是可以响应辐射带扰动变化的动态模型。对自主模型的验证结果表明,自主模型在描述LEO辐射带动态变化方面优于现有模型。以上两项成果填补了国内相关领域的空白,并为开展后续相关研究打下了坚实的基础。
【图文】：

图１．２电子辐射带剖面逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｐｒｏｆｉｌｅ邋ｏｆ邋ｔｒａｐｐｅｄ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ逡逑９５８年美国开始在距地面２００ｋｍ的高空进行核试验，三次高空核爆制

９０年代后，随着国内航天领域对辐射环境效应认识的逐步加深，，我国对辐射带逡逑的探测有了较快发展（余世里，２００９；龚建村等，２００９；朱光武等，２０００）。逡逑截止到２０１７年６月，共发射了邋６６颗搭载了辐射带探测设备的卫星，图１．３所示逡逑为每年的卫星发射数量。从图１．３中可以看出，进入２１世纪后，我国对辐射带逡逑的探测进入了高峰期，在这一阶段我国基本实现了对辐射带的初步普查。６６颗逡逑卫星中，专门探测辐射带的科学卫星较少，主要集中在“实践”系列科学实验卫逡逑星和地球空间探测双星。为了弥补科学卫星的不足，我国在大量应用卫星上搭载逡逑了辐射带探测设备，包括“东方红二号”、“资源”系列卫星、“遥感”系列卫逡逑星、“实践”系列应用卫星、“创新”系列卫星、“风云”系列卫星和导航卫星逡逑等，探测对象主要是辐射带高能质子和电子的能谱，可见我国的辐射带普查工作逡逑主要是通过应用卫星搭载完成的（沈自才，２０１３；王世金等，２００５；王世金等，逡逑２００３）。通过科学卫星和应用卫星的搭载探测
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P353.4


本文编号：2604949