[发明专利]一种计算火星探测器大气阻力的方法

说明书

本发明涉及一种计算火星探测器大气阻力的方法，属于深空探测专业领域；步骤一、计算火星大气的阻力系数C_D；步骤二、通过火星气候数据库MCD_V5.3获得火星大气密度ρ；步骤三、计算卫星探测器相对火星大气的速度v_rel；步骤四、计算卫星探测器的迎风面积A；步骤五、计算卫星探测器受到的大气阻力f；本发明能够提高火星探测器在环绕火星飞行时的轨道计算和轨道预报精度，能够计算火星环绕探测器的自然陨落寿命。

技术领域

本发明属于深空探测专业领域，涉及一种计算火星探测器大气阻力的方法。

背景技术

火星上层大气所产生的阻力影响火星探测器轨道，使得环绕火星飞行的探测器轨道半长轴减小，影响卫星寿命。同时，大气阻力是轨道计算过程中的一项重要摄动力，定量描述探测器受到的大气阻力有利于提高火星探测器轨道计算和轨道预报的精度。我国目前的火星探测计划中，由于探测器绕火星近距离飞行(500km高度以下)的时间较短，所以轨道计算和预报中没有考虑火星大气阻力的影响。随着后续对火星的深入探测，必将开展近距离、长时间环绕火星飞行探测任务，届时，火星大气阻力将成为不可忽略的影响因素。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种计算火星探测器大气阻力的方法，能够提高火星探测器在环绕火星飞行时的轨道计算和轨道预报精度，能够计算火星环绕探测器的自然陨落寿命。

本发明解决技术的方案是：

一种计算火星探测器大气阻力的方法，包括如下步骤：

步骤一、计算火星大气的阻力系数C_D；

步骤二、通过火星气候数据库MCD_V5.3获得火星大气密度ρ；

步骤三、计算卫星探测器相对火星大气的速度v_rel；

步骤四、计算卫星探测器的迎风面积A；

步骤五、计算卫星探测器受到的大气阻力f。

在上述的一种计算火星探测器大气阻力的方法，所述步骤一中，火星大气的阻力系数C_D的计算方法为：

式中，T_si为探测器各表面温度；

T_a为大气的温度；

β_i为大气的运动方向与探测器各表面的夹角，通过卫星探测器姿态监视系统获得；

μ_i为入射气体分子的平均质量与卫星探测器散射表面分子质量比。

在上述的一种计算火星探测器大气阻力的方法，所述步骤二中，所述火星气候数据库MCD_V5.3是从火星大气循环模型数值模拟获得的气象领域数据库，并使用观测数据完成验证；火星气候数据库MCD_V5.3提供了0～260公里范围内的温度、压强、风场和大气密度，并根据太阳活动的程度设置了平静、中等和活跃三个场景。

在上述的一种计算火星探测器大气阻力的方法，所述步骤二中，通过火星气候数据库MCD_V5.3获得火星大气密度ρ的具体方法为：

调用火星气候数据库MCD_V5.3的子程序call_mcd，输入参数为预设纵坐标类型zkey、预设火星地面点纵坐标xz、预设火星地面点经度xlon、预设火星地面点纬度xlat、预设数据分辨率hireskey、预设历元表示方式datekey、预设历元时刻xdate、火星地方时localtime、数据库文件存放路径dset和预设的火星尘暴和太阳EUV辐射的场景scena，输出结果即为火星大气密度ρ。