Об исследовании пространственно- временных вариаций плотности атмосферы на основе эволюции параметров орбит ИСЗ и разработке динамической модели атмосферы Игорь И. ВОЛКОВ 4-й Центральный Научно Исследовательский Институт МО РФ Памяти Павла Ефимовича ЭЛЬЯСБЕРГА ИКИ РАН Семинар «Механика, Управление, Информатика, 25 марта 2004

Часть I. ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОЛЕТНИХ ВАРИАЦИЙ ПЛОТНОСТИ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ ПО ЭВОЛЮЦИИ ПАРАМЕТРОВ ОРБИТ ИСЗ В начале 1969 года Павел Ефимович инициировал работы по исследованию пространственно-временных вариаций плотности верхней атмосферы и разработке динамической модели. В заинтересованные организации было направлено письмо с предложениями объединить усилия по разработке модели и для обсуждения проблем организовать семинар. 2 2

Зависимость плотности верхней атмосферы от уровня солнечной активности По многолетним данным об эволюции параметров движения 15 ИСЗ на орбитах с минимальными высотами км исследовано изменение плотности верхней атмосферы в минимумах 4-х циклов солнечной активности. Установлено, что средняя плотность верхней атмосферы в минимумах солнечной активности не является постоянной и подвержена вариациям, коррелирующим с потоком радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см и геомагнитной возмущённостью с солнечной активностью. Плотность атмосферы может увеличиваться или уменьшаться в минимумах солнечной активности в течение нескольких циклов. 3 3

Атмосфера в периоды минимума солнечной активности Обнаружено почти линейное уменьшение плотности в минимумах солнечной активности 20, 21 и 22-го циклов для всего диапазона исследуемых высот. Статистическая обработка полученных результатов для циклов солнечной активности дала следующие характеристики среднего снижения плотности: за 10 лет 4.6% (сигма 1.94%, 25 реализаций), за 20 лет 8.9% (сигма 4.36%, 11 реализаций). 4 4

Долговременный анализ атмосферы в периоды минимума солнечной активности Достигнутое в результате длительного падения минимальное значение плотности не является необычным. Практически такая же минимальная плотность в минимуме солнечной активности наблюдалась в гг. 5 5

Орбиты ИСЗ серии «КОСМОС» Космосhp/ha, км e Наклонение град дата запуска / июнь, / март, / ,0январь, / ,0апрель, / ноябрь,

Сферы, Норад Год запуска, номер и имя ИСЗ Диаметр м Вес, кг hm/Hmax км e i SR 7A / Calsphere / Calsphere / SR 7B / LCS / Tempsat / Surcal / Surcal / Tempsat / LCS / S 7

Плотность атмосферы в районе минимальной высоты полёта ИСЗ Calsphere-1 в минимумах 20, 21 и 22-го циклов солнечной активности (1964, 1976, 1986, 1996) 8

Соотношение между среднемесячной модельной плотностью атмосферы для высоты 400 км, вычисленной при средних и фактических значениях индексов в минимумах 19, 20, 21 и 22-го циклов солнечной активности 9

ВЫВОДЫ Анализ изменения плотности за 4 цикла солнечной активности позволяет предположить, что обнаруженное продолжительное уменьшение плотности, наблюдавшееся в минимумах циклов, не является вековым и вызвано, в основном, особенностями изменения параметров солнечной активности (потока радиоизлучения Солнца и геомагнитной возмущённости) в минимумах циклов. 10

Часть II. Исследование вариаций, не описываемых моделями атмосферы в проекте ОКЕАН

Отклонение (%) реальной плотности от модельной в функции высоты на 7 нисходящих витках, широта от -1 до - 27, день 195

Отклонение (%) реальной плотности от модельной в функции долготы на 7 нисходящих витках, широта от -1 до - 27, день 195

Отклонение (% ) реальной плотности от модели ГОСТ на 7 нисходящих витках, широта от -1 до - 27, день 195

Отклонение (%) реальной плотности от модели Мсис 2001 на 7 нисходящих витках, широта от -1 до - 27, день 195

III Динамическая модель атмосферы ГОСТ-2004

Атмосфера Земли верхняя Модель плотности для баллистического обеспечения полётов искусственных спутников Земли ГОСТ Р Авторский коллектив: И.И. Волков, д-р техн. наук; А.В. Забокрицкий, канд. техн. наук; В.В. Пасынков, канд. техн. наук; В.В. Суевалов, канд. техн. наук; В.Д. Ястребов, д-р техн. наук. НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственный комитет Российской Федерации по стандартизации и метрологии Дата введения РАЗРАБОТАН 4-м Центральным научно-исследовательским институтом Министерства обороны Российской Федерации 17

Модель плотности атмосферы кг/м 3 18

Параметры модели K 0, K 1, K 2, K 3, K 4, - множители, учитывающие: K 0 - изменение плотности атмосферы, связанное с отклонением среднего взвешенного индекса F 81 от фиксированного F 0 ; K 1 - суточный эффект в распределении плотности; K 2 - полугодовой эффект; K 3 - изменение плотности, связанное с отклонением F 10.7 от F 81 ; K 4 - зависимость плотности атмосферы от геомагнитной возмущённости; - разность между долготой, для которой рассчитывается плотность атмосферы, и долготой с максимальным значением плотности в её суточном распределении, рад; - центральный угол между точкой пространства, для которой рассчитывается плотность, и точкой пространства с максимальным значением плотности в её суточном распределении, рад; 1 - коэффициент модели, равный углу запаздывания максимума плотности по отношению к максимуму освещённости, рад; A(d) - множитель, характеризующий влияние полугодового эффекта на плотность атмосферы; d – число суток от начала года; a i, b i, c i, d i, e i, l i, n i, 1 - коэффициенты модели, используемые для расчёта плотности атмосферы при различных значениях фиксированного уровня солнечной активности F 0 ; 19

Сравнение плотности ночной атмосферы ГОСТ 1984, 1990, 2004 и МСИС-2000 (уровень 75) Отклонения (%) 20

Сравнение плотности ночной атмосферы ГОСТ 1984, 1990, 2004 и МСИС-2000 (уровень 250) Отклонения (%) 21