Об исследовании пространственно- временных вариаций плотности атмосферы на основе эволюции параметров орбит ИСЗ и разработке динамической модели атмосферы. - презентация

1 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

2 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

3 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

4 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

5 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

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

7 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

8 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

9 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

10 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

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

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

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

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

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

16 III Динамическая модель атмосферы ГОСТ-2004

17 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

18 Модель плотности атмосферы кг/м 3 18

19 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

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

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