中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)院重點實驗室先進測量技術(shù)研究室利用X射線掩星探測手段，突破了兩種用于高精度臨近空間大氣密度反演算法，具體包括基于X射線能譜擬合的臨近空間大氣密度反演算法和基于光變曲線擬合的臨近空間大氣密度反演算法。其中，基于X射線能譜擬合的臨近空間大氣密度反演方法的研究成果已發(fā)表在Advances in Space Research期刊上，結(jié)合我國首顆大型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%。審稿專家評價：“I believe that the paper is a good step-forward to promote this kind of studies in the future（相信本文為未來推動此類研究邁出了重要一步）”
Citation: Daochun Yu, Haitao Li, Baoquan Li, Mingyu Ge, Youli Tuo, Xiaobo Li, Wangchen Xue, Yaning Liu, “New method for Earth neutral atmospheric density retrieval based on energy spectrum fitting during occultation with LE/Insight-HXMT”，Advances in Space Research, 2022, 69(9): 3426-3434.
文章鏈接: https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.02.030
圖1 能譜擬合反演結(jié)果和NRLMSISE-00模型密度值的對比
為了交叉驗證反演結(jié)果，項目團隊與國內(nèi)多個研究團隊合作又發(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，針對該方法的研究成果已發(fā)表在Atmospheric Measurement Techniques期刊上。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)，分別反演得到了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)相對于NRLMSIS 2.0模型密度值的變動范圍區(qū)間在-11.8%–+24.5%之間，具體詳見圖3，發(fā)現(xiàn)兩種方法反演結(jié)果的一致性較好。審稿專家評價：“This is an important step-forward for this relatively new technique of the atmospheric density measurement（這是對于這一相對較新的大氣密度測量技術(shù)向前邁出的重要一步）”
Citation: Yu, D., Li, H., Li, B., Ge, M., Tuo, Y., Li, X., Xue, W., Liu, Y., Wang, A., Zhu, Y., and Luo, B.: Measurement of the vertical atmospheric density profile from the X-ray Earth occultation of the Crab Nebula with Insight-HXMT, Atmos. Meas. Tech., 2022, 15(10): 3141–3159.
文章鏈接：https://doi.org/10.5194/amt-15-3141-2022
圖2 “慧眼”衛(wèi)星掩星期間三個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)果對比
X射線掩星探測技術(shù)用于臨近空間大氣密度探測具有較多優(yōu)勢：
1.測量準確度高。X射線吸收截面精度優(yōu)于5%，而且獨立于大氣的熱狀態(tài)，不涉及光電子輸運與激發(fā)過程，使得反演結(jié)果準確度高；
2.遠距離測量，對大氣密度的干擾小。利用X射線掩星反演臨近空間大氣密度時，切點位置與衛(wèi)星相距在千公里以上，不存在就位測量干擾；
3.X射線掩星反演方法不僅可以得到總的大氣密度，還可以得到各組分的大氣密度；
4.載荷資源需求少，探測機會多，研制成本低。利用太陽實現(xiàn)掩星探測，載荷重量在幾公斤級別，基于微納衛(wèi)星平臺或者搭載方式就可實現(xiàn)在軌長期觀測；
5.方便建立太陽活動與臨近空間大氣密度變化的動態(tài)關(guān)聯(lián)。太陽活動影響臨近空間大氣密度，太陽活動的表征依據(jù)太陽X射線輻射強度，而X射線掩星探測需要實時測量太陽X射線能譜，因此基于X射線掩星探測更方便建立臨近空間大氣密度動態(tài)模型。
目前項目團隊已經(jīng)突破了基于X射線掩星探測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)進行了充分驗證，為我國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)。
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