中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)測(cè)量技術(shù)研究室利用X射線掩星探測(cè)手段，突破了兩種用于高精度臨近空間大氣密度反演算法，包括基于X射線能譜擬合的臨近空間大氣密度反演算法與基于光變曲線擬合的臨近空間大氣密度反演算法?；赬射線能譜擬合的臨近空間大氣密度反演方法的成果發(fā)表在Advances in Space Research上，結(jié)合我國(guó)首顆大型X射線天文衛(wèi)星“慧眼”（HXMT）的能譜掩星數(shù)據(jù)，通過(guò)能譜擬合發(fā)現(xiàn)在90-200 km范圍內(nèi)反演結(jié)果與NRLMSISE-00模型密度值相比低了約1.4%-34.4%。

為了交叉驗(yàn)證反演結(jié)果，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)合作，又發(fā)展了一種基于X射線光變曲線擬合的臨近空間大氣密度反演方法，相關(guān)成果發(fā)表在Atmospheric Measurement Techniques上。該方法利用“慧眼”衛(wèi)星在1.0-2.5 keV、2.5-6.0 keV、6.0-10.0 keV能量范圍內(nèi)的蟹狀星云掩星期間的光變曲線數(shù)據(jù)，分別反演得到105-200 km、95-125 km、85-110 km高度范圍內(nèi)的臨近空間大氣密度，大氣密度反演結(jié)果與NRLMSISE-00模型密度值相比分別低了11.2%、19%、12.3%，通過(guò)X射線能譜擬合方法和光變曲線擬合方法分別反演得到105-200 km范圍的大氣密度，兩種方法的反演結(jié)果顯示，在105-190 km高度范圍內(nèi)相對(duì)于NRLMSIS 2.0模型密度值的變動(dòng)范圍區(qū)間在-11.8%–+24.5%之間，具體見(jiàn)圖3，發(fā)現(xiàn)兩種方法反演結(jié)果的一致性較好。

X射線掩星探測(cè)技術(shù)用于臨近空間大氣密度探測(cè)具有較多優(yōu)勢(shì)：測(cè)量準(zhǔn)確度高：X射線吸收截面精度優(yōu)于5%，且獨(dú)立于大氣的熱狀態(tài)，不涉及光電子輸運(yùn)與激發(fā)過(guò)程，使反演結(jié)果準(zhǔn)確度高；遠(yuǎn)距離測(cè)量，對(duì)大氣密度的干擾?。豪肵射線掩星反演臨近空間大氣密度時(shí)，切點(diǎn)位置與衛(wèi)星相距在千公里以上，不存在就位測(cè)量干擾；X射線掩星反演方法可以得到總的大氣密度，還可以得到各組分的大氣密度；載荷資源需求少，探測(cè)機(jī)會(huì)多，研制成本低：利用太陽(yáng)實(shí)現(xiàn)掩星探測(cè)，載荷重量在幾公斤級(jí)別，基于微納衛(wèi)星平臺(tái)或搭載方式便可實(shí)現(xiàn)在軌長(zhǎng)期觀測(cè)；方便建立太陽(yáng)活動(dòng)與臨近空間大氣密度變化的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)：太陽(yáng)活動(dòng)影響臨近空間大氣密度，太陽(yáng)活動(dòng)的表征依據(jù)太陽(yáng)X射線輻射強(qiáng)度，而X射線掩星探測(cè)需要實(shí)時(shí)測(cè)量太陽(yáng)X射線能譜，因此基于X射線掩星探測(cè)更方便建立臨近空間大氣密度動(dòng)態(tài)模型。

目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已突破了基于X射線掩星探測(cè)反演大氣密度的方法，并結(jié)合“慧眼”（HXMT）衛(wèi)星X射線掩星數(shù)據(jù)進(jìn)行了充分驗(yàn)證，為我國(guó)建立自主的全高程全球覆蓋的臨近空間大氣密度模型奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1.能譜擬合反演結(jié)果和NRLMSISE-00模型密度值的對(duì)比

圖2.“慧眼”衛(wèi)星掩星期間三個(gè)能段光變曲線及能譜數(shù)據(jù)

圖3.105-200 km范圍內(nèi)光變曲線反演結(jié)果和能譜反演結(jié)果對(duì)比

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心