[发明专利]一种极轨卫星遭遇极光电子的预示方法

说明书

本发明公开了一种极轨卫星遭遇极光电子的预示方法，包括：按固定的时间间隔，计算极轨卫星在轨运行的空间位置地理坐标；将极轨卫星的空间位置地理坐标转换为地磁坐标；基于极光带边界模型，输入地磁活动Kp指数，确定极光带区域的极向和赤道向边界；基于极轨卫星的地磁坐标和极光带区域，确定极轨卫星位于极光带区域内的轨道位置，得到极轨卫星位于极光带区域中的最长持续时间以及极轨卫星遭遇极光电子的概率。本发明可以实现对近地极轨卫星在不同地磁活动条件下遭遇极光电子的空间位置、持续时间及遭遇概率进行快速分析，为评估极轨卫星充放电风险提供依据。

技术领域

本发明涉及极轨卫星技术领域，具体涉及一种极轨卫星遭遇极光电子的预示方法。

背景技术

极光是磁层粒子进入大气层激发大气发光的一种现象，在卫星俯拍的极光照片中可以清楚地看到，极光出现在一个环绕地磁极的卵圆形条带内，称做极光带。极光带距离地磁极约20°，略向夜晚一侧移动，其中，子夜附近极光出现最频繁，强度也最大。在南北两极区，可以同时观测到形态类似、演化过程也类似的南极光和北极光，这是磁层粒子沿同一磁力线分别沉降到南北极区所激发的共轭极光现象。

引发极光的沉降粒子(尤其是电子)可以作用到运行于近地极轨的卫星表面，带来表面充放电效应风险。

在低地球轨道上，太阳紫外辐射可以电离地球中性大气中的氧和氮原子，形成等离子体。由于LEO轨道上的等离子体主要来源于太阳紫外辐射的电离作用，故等离子体密度随太阳活动周以及地方时不同而存在差异。通常情况下，在LEO轨道上的电离层冷等离子体一般不会造成严重的卫星充电问题，但是在地磁活动期间，从磁尾注入的keV量级的热等离子体可以沿着地球磁力线注入到极区很低的高度上，近地极轨卫星可能会遭遇这些热等离子体，尤其是其中的电子则可能对卫星带来严重的充电问题。目前运行于近地极轨的美国国防气象卫星DMSP(轨道约840km、倾角99°)在轨实测的数据显示，在两极极光带区域(地磁纬度55°-75°)可能遭遇的极光沉降电子能量可以达到数keV量级。需要特别指出的是，由于地球两极磁力线的汇聚作用，使得极光沉降电子的通量可能会明显超过GEO轨道。

目前在工程应用领域，缺少对极轨卫星在两极区可能遭遇极光沉降电子位置及持续时间的预示方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种极轨卫星遭遇极光电子的预示方法。

本发明公开了一种极轨卫星遭遇极光电子的预示方法，包括：

按固定的时间间隔，计算极轨卫星在轨运行的空间位置地理坐标；

将极轨卫星的空间位置地理坐标转换为地磁坐标；

基于极光带边界模型，输入地磁活动Kp指数，确定极光带区域的极向和赤道向边界；

基于极轨卫星的地磁坐标和极光带区域坐标，确定极轨卫星位于极光带内的轨道位置，统计得出极轨卫星位于极光带内的最长持续时间以及极轨卫星遭遇极光电子的概率。

作为本发明的进一步改进，所述计算极轨卫星在轨运行的空间位置地理坐标，包括：

获取极轨卫星的轨道参数；其中，所述轨道参数包括近地点高度、远地点高度和倾角；

将极轨卫星的轨道参数输入到SGP4轨道计算程序中，按照固定的时间间隔，输出极轨卫星在轨道上不同时刻的空间位置地理坐标；其中，所述空间位置地理坐标包括经度、纬度和高度；优选，固定的时间间隔为60s，一天输出1440个极轨卫星在轨道上的空间位置地理坐标点。

作为本发明的进一步改进，所述将极轨卫星的空间位置地理坐标转换为地磁坐标，包括：

基于地磁坐标计算程序将极轨卫星的空间位置地理坐标转换为极光带模型所采用的地磁坐标，获得极轨卫星在地磁坐标系下的磁地方时信息；优选，可在地磁坐标系上转换得到1440个极轨卫星的地磁坐标点。