萤火一号火星探测器科学应用数据处理技术.pdf

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1、第30卷2013年第4期上海航天AERoSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2013)04—0183一04萤火一号火星探测器科学应用数据处理技术张艺腾，冯永勇，李磊，吴小成(中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190)摘要：对萤火一号(YH一1)火星探测器科学应用数据处理技术进行了研究。给出了用磁场数据确定磁堆积区边界(MPB)特性的最小方差分析(MVA)、离子数据各质量通道权重修正和利用星星掩星数据确定火星电离层电子密度等数据处理技术，有助于进一步了解火星空阎环境的本质。关键词：YH一1火星探测器；磁场数

2、据；磁堆积边界；星星掩星；电离层；数据处理中图分类号：V446．9文献标志码：AScientificDataProcessingTechnologyofYH一1MarsProbeZHANGYi～teng，FENGYong—yong，LILei，WUXiao—cheng(Centerf。rSpaceScienceandAppliedResearch，ChineseAcademyofScience，Be站ingl00190，China)Abstract：ThescientificdataprocessingtechnologyofYH一1

3、Marsprobewasstudiedinthispaper．Theprocessingmethodofminimumvarianceanalysis(MVA)fordeterminingmagneticpiIeupboundary(MPB)usingmagnetic“elddata，weightcorrectionofmasschannelofiondata，anddetermining^，IartianionosphereelectrondensitybysateIlite-to—satelliteoccuItationmetho

4、dweregivenout．ThiswashelpfultounderstandMarsspaceenvironmentfurther．KeywoI’ds：YH一1Marsprobe；Magneticfielddata；Magneticpileupboundary；0ccupation；Ionosphere；Dataprocessing0引言YH一1火星探测器搭载了磁强计、等离子体探测包、掩星接收机、光学相机等科学有效载荷。火星是一颗全球性固有磁场很小的行星，赤道面上磁场强度小于5nTn]。与地球相互作用过程相比，太阳风直接与火星的电

5、离层相互作用。运动的太阳风在电离层内产生感应电流，而电流又感生出磁场。由于此感应磁场的作用，太阳风等离子体无法直接到达火星表面。观测表明，火星附近存在三个明确的等离子体边界：弓激波、磁堆积边界(MPB)、光电子边界(或电离层顶)。MPB位于弓激波与光电子边界(或电离层顶)之间，源自火星的重离子与磁鞘内减速后的太阳风粒子相互作用，通过电磁场传递动量，叉形成了一个特殊边界即MPB。在MPB两侧，收稿日期；20120917作者简介：张艺腾(1981一)，男。助理研究员，主要研究方向为火星空间环境模拟研究，火星及月球探测数据研究。磁场方向发生

6、偏转，且磁场强度明显加强，波动减弱；电子的密度和温度也明显下降。MPB是两个性质有明显不同的等离子体区域间的分界面，厚度可达数十至数百公里。根据磁场强度幅度的剧烈变化、磁场波动到平缓的变化、粒子探测器探测的通量变化三个因素综合，可判断卫星穿越MPB的时段。虽然目前已有MPB的统计模式，但模式仅由火星环球观察者(MGS)在近火区域的有限观测数据得到。因MPB的形成机制至今仍未完全确定，穿越此边界除有动量交换外，还可能存在质量、磁场输运，故目前还不能确定MPB为近似的切向不连续界面或旋转不连续界面。同时，由于MPB附近磁场的波动等因素，可

7、能造成MPB本身的局部不规则结构，MPB的结构和统计平均模式会出现较大的偏差。YH一1火星探测器搭载的磁强计有较高的时间分辨率(10s_1)，在穿越火星的MBP时，可获得数十至数百个观测点的数据。通过对磁场科学数据的上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第4期处理，可确定MPB的方位和电流片的强度．为进一步研究MPB的特性、形成机制提供依据。自20世纪六七十年代发现火星是个干燥的行星后，水的逃逸过程就成了研究探测的热点。其中一种重要的机制是由太阳风引起的氧离子逃逸。1989年，Phobos2探测器在火星磁尾的不同

8、位置观测到由电离层向外逃逸的()。离子流。流动的主要部分在火星磁尾的两翼，离子能量低于数百电子伏特；在火星磁尾中心观测到快速变化的0一离子束流，O+的能量高达数千电子伏特。根据Phobos2探测器的观测数据，可粗略估算火