分类： 天文学 提交时间： 2023-10-07 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 卫星星座对于通信、导航、对地观测等卫星系统中有比较广泛的应用, 可以提供较好的地面覆盖, 更好地满足系统的需求. 在各类卫星星座中, Walker星座的应用比较广泛. 这类星座设计相对简单, 地面平均覆盖性能较好, 可用于导航卫星、低轨通信卫星的星座设计. 虽然Walker星座的地面平均覆盖性能较好, 但卫星的星下点轨迹一般并不重合. 更重要的是, 当多个Walker星座协同工作时, 如果要保证星座间整体同步且轨道平面具有相同的进动速率$\Omega_1$, 那么即使稍稍改变其他星座的轨道倾角, 轨道半长径$a$也会出现相当大的变化. 据此, 美国太空探索(SpaceX)公司在其星链(Starlink)卫星星座中调整了设计思路, 以不同星座间具有相同的回归周期($N_{\rm day}$天内完成$N_{\rm orb}$个轨道周期)为依据, 实现了多层(shell)运动同步的星座设计, 并且在同层星座内所有卫星具有相同的星下点轨迹. 根据SpaceX公司公布的专利, Starlink星座第2期3层轨道的星座即采用这种设计方案. SpaceX在其专利文档中公布并主张了上述理念和特性, 但没有提供设计思路和技术细节. 以此为基础, 探讨可能的``类星链''星座设计思路, 并在此基础上分析这类星座中星间链路的选择策略及特性.
分类： 天文学 提交时间： 2023-10-07 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 田谐项摄动是分析法轨道预报中的重要部分, 其中包含大量倾角函数及其偏导数的计算. 由于具有精度更高、速度更快的优点, 倾角函数一般通过递推方法计算. 以文献中提出的改进Gooding方法为基础, 将其给出的程序稍加改进, 在计算2--50阶倾角函数时缩短了约24\%的计算时间. 考虑到分析法预报过程中轨道平倾角变化很小, 以泰勒展开式计算倾角函数, 可极大提高计算速度, 较大程度地减小分析法预报耗时, 且引力场阶次越高, 减小幅度越大, 取50阶时预报耗时缩短了48\%. 另一方面, 以2阶展开式计算倾角函数时, 与改进Gooding法相比, 分析法预报星历偏差很小. 对于500\;km高度的低轨卫星, 分别以改进Gooding法和2阶泰勒展开式计算倾角函数, 预报3天, 当地球引力场阶次不高于50时, 二者预报星历偏差RMS (Root Mean Square)低于1\;mm, 且随着轨道高度的增加, 预报星历偏差RMS逐渐减小.
分类： 天文学 提交时间： 2023-10-07 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 共轨运动天体与摄动天体的半长径相同, 处于1:1平运动共振中. 太阳系内多个行星的特洛伊天体即为处于蝌蚪形轨道的共轨运动天体, 其中一些高轨道倾角特洛伊天体的轨道运动与来源仍未被完全理解. 利用一个新发展的适用于处理1:1平运动共振的摄动函数展开方式, 对三维空间中的共轨运动进行考察, 计算不同初始轨道根数情况下共轨轨道的共振中心、共振宽度, 分析轨道类型与初始轨道根数的关系. 并将分析方法所得结果与数值方法的结果相互比较验证, 得到了广阔初始轨道根数空间内共轨运动的全局图景.
分类： 天文学 提交时间： 2023-08-02 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 偏心率是描述天体运动轨道的重要参数之一, 能够为揭示天体的动力学演化提供重要线索, 进而帮助理解天体形成与演化的过程及背后的物理机制. 随着天文观测技术的不断发展, 人们对于天体运动轨道的研究已经走出太阳系, 包含的系统也从大质量端的恒星系统延伸到了低质量端的行星系统. 聚焦天体轨道偏心率研究, 回顾了目前在恒星系统(包括主序恒星、褐矮星以及致密星)和行星系统(包括太阳系外巨行星以及``超级地球''、``亚海王星''等小质量系外行星)方面取得的进展, 总结了不同尺度结构下偏心率研究的一些共同之处和待解决的问题. 并结合当下和未来的相关天文观测设备和项目, 对未来天体轨道偏心率方面的研究工作进行了展望.
分类： 天文学 提交时间： 2023-08-02 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 中国巡天空间望远镜(Chinese Survey Space Telescope, CSST)是中国的首个大型空间光学望远镜, 将对包括系外行星探测在内的诸多科学目标开展研究, 有望取得前沿科学进展. 时序测光精度是CSST重要的性能指标, 受到物理噪声和仪器噪声的影响, 需要通过数值模拟对其分析和评估. 模拟基于目前公布的CSST主要技术参数, 建立了时序的恒星信号和噪声模型, 以CSST的i波段为例, 分析凝视观测模式下的测光精度. 通过数值仿真, 展示了孔径测光中各项噪声的贡献, 特别是由指向抖动和像素响应不均匀性导致的抖动噪声. 模拟结果还给出了测光孔径的推荐范围. 为了获得更高的信噪比, 可以减小仪器抖动振幅和像素不均匀性, 或者采用参考星较差测光的方式. 结果为CSST后续的时序测光精度与不同指标参数的相关性分析、系外行星探测能力评估以及测光数据处理提供了模拟数据的支撑.
分类： 天文学 提交时间： 2023-08-02 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 经典的初轨确定方法包括Laplace方法和Gauss方法以及它们的各种变化形式. 除这些经典方法之外, 基于当今光学观测数据的特点, 学者们也陆续提出了一些其他的初轨确定方法, 包括双$r$ (目标距离观测者的距离)方法和可行域方法. 双$r$方法的一种实现方式是通过猜测某两个时刻(通常是定轨弧段的首、末时刻)目标离观测者的距离, 结合观测者在空间中的位置矢量, 即可求解相应的Lambert弧段作为目标轨道的初始猜测. 进一步, 以其他观测时刻的RMS (Root Mean Square)为优化变量可以改进初始猜测从而确定初轨. 可行域方法则是针对一组初始观测参数(包括赤经、赤纬及其变率), 根据一些初始假设将目标(离观测者的)距离及其变率约束在可行域内, 并通过三角划分逐步逼近的方式寻找到使观测RMS最小的猜测解. 针对一系列模拟观测数据以及实测数据, 将智能优化算法(粒子群算法)应用于这两种初轨方法, 并将结果与改进的Laplace算法的结果进行比较. 由于双$r$方法不仅可以用于短弧定轨还可用于长弧关联, 所以进一步给出了针对长弧段数据的关联结果.
分类： 天文学 提交时间： 2023-08-02 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 在不同的轨道预报场景中, 使用的动力学模型也不同. 例如, 在低轨空间碎片的预报中大气阻力是十分重要的摄动力, 而到了中高轨, 大气阻力就可以忽略不计. 如何为不同轨道类型的空间碎片选择最优(满足精度要求下的最简)动力学模型还没有系统、详尽的研究. 将对不同精度需求、不同轨道类型下的大批量轨道进行预报, 通过比较不同动力学模型下的预报结果, 给出各种预报场景的最优动力学模型建议. 可以为不同轨道类型的空间碎片在轨道预报时选择基准动力学模型提供参考或标准.
分类： 天文学 提交时间： 2023-07-14 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 宇宙中超过99.9\%的可见物质处于等离子体状态, 等离子天体物理是天体物理的重要分支, 为理解天体系统的形成、演化及爆发现象提供着重要的理论基础. 专辑通过14篇文章系统介绍了中国科学院紫金山天文台等离子天体物理团队在太阳和太阳系等离子体方面的研究成果, 希望能帮助读者全面了解太阳与日球等离子体物理研究的重要进展及存在的问题.
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