Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли

ГОСТ Р 25645.166-2004

Группа Т27

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ ВЕРХНЯЯ

Модель плотности для баллистического обеспечения полетов

искусственных спутников Земли

Earth upper atmosphere.

Density model for ballistic support of flights of artificial earth satellites

ОКС 49.020

ОКСТУ 0080

Дата введения 2005-01-01

Предисловие

Задачи, основные принципы и правила проведения работ по государственной стандартизации в Российской Федерации установлены ГОСТ Р 1.0-92 "Государственная система стандартизации Российской Федерации. Основные положения" и ГОСТ Р 1.2-92 "Государственная система стандартизации Российской Федерации. Порядок разработки государственных стандартов"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН 4-м Центральным научно-исследовательским институтом Министерства обороны Российской Федерации

2 СОГЛАСОВАН РОСАВИАКОСМОСОМ (ЦКБС ЦНИИ МАШ)

3 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 9 марта 2004 г. N 93-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе "Национальные стандарты", а текст этих изменений - в информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе "Национальные стандарты"

Введение

Настоящий стандарт определяет модель плотности верхней атмосферы Земли, описывающую высотный профиль плотности и ее основные пространственно-временные вариации, зависящие от положения ИСЗ в околоземном пространстве, положения Солнца, времени года и суток, а также солнечной активности и геомагнитной возмущенности.

Модель плотности верхней атмосферы Земли получена на основе обработки данных об эволюции орбитальных параметров отечественных ИСЗ серии "Космос" и ряда зарубежных ИСЗ простой аэродинамической формы за период с 1964 по 2000 год. При разработке модели обобщен опыт практического применения стандарта ГОСТ 25645.115, уточнены структура и параметры модели плотности атмосферы.

Модель ориентирована на практическое применение при проектных расчетах аэродинамического сопротивления и оперативном навигационно-баллистическом обеспечении управления полетом ИСЗ.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает модель плотности, методику расчета и значения параметров плотности атмосферы Земли в диапазоне высот 120-1500 км для различных уровней солнечной активности при известных дате, времени и координатах точки пространства.

Стандарт предназначен для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли и приведения результатов расчетов к одинаковым условиям.

2 Нормативныe ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры

ГОСТ 25645.302-83 Расчеты баллистические искусственных спутников Земли. Методика расчета индексов солнечной активности

3 Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 среднесуточный индекс солнечной активности :

Плотность потока радиоизлучения Солнца на волне длиной 10,7 см (на частоте 2800 МГц), выраженная в единицах потока 10 Вт·м ·Гц ;

3.2 средневзвешенный индекс :

Результат осреднения среднесуточных значений индекса солнечной активности за три оборота Солнца (81 сут), рассчитанный по формуле

,

где - индекс для даты с индексом ( 0 соответствует дате, на которую рассчитывается значение , а -80 - дате, отстоящей от нее на 80 сут);

.

3.3 фиксированный уровень солнечной активности :

Средневзвешенный индекс , кратный 25 и выраженный в единицах потока 10 Вт·м ·Гц .

4 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применяют следующие сокращения и обозначения:

- квазилогарифмический планетарный среднесуточный ( - 3-часовой) индекс геомагнитной возмущенности, баллы;

- модифицированные значения 3-часовых индексов геомагнитной возмущенности, используемые при расчете плотности и вычисляемые по формуле

, ( для 0)

где ,

1, 2, ..., ,

0,3, при 0,

0,7, при 0;

- планетарный среднесуточный ( - 3-часовой) индекс геомагнитной возмущенности с линейной шкалой, 2 нанотесла (2 гамма);

- всемирное время, с;

- высота над поверхностью общего земного эллипсоида, км;

, - прямое восхождение и склонение Солнца, рад;

7,292115·10 - угловая скорость вращения Земли, рад/с;

- гринвичские координаты точки пространства, км;

- звездное время в гринвичскую полночь, рад;

- расстояние от центра Земли до точки пространства с координатами , км;

- плотность ночной атмосферы, кг/м ;

1,58868е-8 - плотность ночной атмосферы на высоте 120 км, кг/м ;

- множители, учитывающие:

- изменение плотности атмосферы, связанное с отклонением от ,

- суточный эффект в распределении плотности,

- полугодовой эффект,

- изменение плотности, связанное с отклонением от ,

- зависимость плотности атмосферы от геомагнитной возмущенности;

- разность между долготой, для которой рассчитывают плотность атмосферы, и долготой с максимальным значением плотности в ее суточном распределении, рад;

- центральный угол между точкой пространства, для которой рассчитывается плотность, и точкой пространства с максимальным значением плотности в ее суточном распределении, рад;

- коэффициент модели, равный углу запаздывания максимума плотности по отношению к максимуму освещенности, рад;

- множитель, характеризующий влияние полугодового эффекта на плотность атмосферы;

- число суток от начала года;

- коэффициенты модели, используемые для расчета плотности атмосферы при различных значениях фиксированного уровня солнечной активности ;

- высотные границы применения коэффициентов модели для расчета плотности атмосферы, км;

- запаздывание изменения плотности атмосферы по отношению к времени соответствующих изменений солнечной активности и геомагнитной возмущенности;

- коэффициент аэродинамического сопротивления ИСЗ;

- площадь миделевого сечения ИСЗ, м ;

- масса ИСЗ, кг;

- число Маха набегающего потока;

- скорость набегающего потока, м/с;

- скорость звука в невозмущенном потоке, м/с;

- отношение удельных теплоемкостей;

- внутренняя нормаль к элементу поверхности;

- угол между вектором скорости набегающего потока и внутренней нормалью, рад;

- интеграл вероятности.

5 Расчет плотности атмосферы

5.1 Модель плотности верхней атмосферы Земли построена по данным о торможении ИСЗ за период с 1964 по 2000 гг.

5.2 Модель определяет плотность атмосферы в диапазоне высот 120-1500 км. Плотность атмосферы для высот менее 120 км рекомендуется определять в соответствии с приложением А.

5.3 Модель плотности атмосферы представлена в аналитическом виде с коэффициентами, заданными таблично. Коэффициенты модели плотности атмосферы приведены к фиксированным уровням плотности потока радиоизлучения Солнца на волне длиной 10,7 см (на частоте 2800 МГц), выраженным в единицах 10 Вт·м ·Гц (далее - фиксированным уровням солнечной активности ).

5.4 Плотность атмосферы , кг/м , вычисляют по формуле

, (1)

где ,

;

;

;

;

;

;

.

Множитель вычисляют по формуле

.

Коэффициенты приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Коэффициенты аппроксимации зависимости полугодового эффекта от времени года

5.5 Коэффициенты модели представлены в таблицах 2 и 3 для двух высотных диапазонов. Границы высотных диапазонов применимости коэффициентов модели являются плавающими, нижние их границы приведены в таблицах 2 и 3 перед значениями соответствующих коэффициентов модели. Нижняя граница второго высотного диапазона является одновременно верхней границей первого диапазона. Верхней границей второго диапазона является высота 1500 км.

Таблица 2 - Коэффициенты модели плотности атмосферы для первого высотного диапазона