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标准介绍与实施
标准大气与参考大气模型应用指南》介绍
张小达张鵰李小龙
(航天标准化研究所,北京,10007)
文摘;简述大气对航天产品的影响、大气模型的选用情况以及行业标准《标准大气
与参着大气模型应用指南》制定的背景,重点介绍标准中关于大气模型的分类及引用的
IS02533:1975的大气模型内容和形式。
关键词:标准大气;参考大气;大气模型;模型应用指南。
0引言
代开始,一些国际组织和国家制定并发布了标准
大气和参考大气模型(以下简称大气模型
飞机、导弹、航天器和运载火箭在大气中飞
到目前为止,国际上航天领域常选用的大气
行,大气的各种参数变化会影响飞机的飞行、导模型已达30多个。各种各样的大气模型不断地
弹的命中精度、航天器和运载火箭的发射安全、发布和更新,这些大气模型各有特点,适用的区
航天器的在轨寿命和返回安全。例如风是大气的域和参数有所不同。在航天发射过程中,运载火
流动,阵风会在火箭发射时改变其姿态和飞行方箭和航天器往往跨越几个大气区域,需要选择不
向,影响火箭的正常入轨;风切变产生的剪切力同的大气模型。同时,使用者需要选择适合具体
会威胁到飞机的起落安全,还会在火箭发射时引任务的某种(些)大气模型,在型号设计中区别
起箭体共振导致发射失败。
对待任务的不同阶段,选择相应的大气标准,这
大气模型(也称为大气模式)是有关大气的种选择可能不仅涉及一个大气模型标准。比如航
参数值。标准大气和参考大气都是特定的大气模天器,在发射段需要选择当地的大气标准,进入
型,此模型提供了温度、气压、密度和风等大气飞行段需要使用区域大气环境标准,入轨后需要
环境的各种数据或公式,是飞机、导弹、航天器使用全球大气环境标准,返回时又需要当地的大
和运载火箭硏制中计算的重要依据。各种航空航气环境标准。
天系统的设计和任务计刘都需要使用大气模型及
但型号研制人员通常只熟悉其中个别大气模
其标准与参考大气。如:航天器的轨道设计、姿型,很难全面掌握几十个大气模型。在航天工程
态控制、轨道控制、轨道预报、飞行计划等工作设计和应用中,越来越感到缺少一个指南来指导
均需要使用大气模型标准。
选用这些大气模型。因此,2008年中国航天标
国内外对大气的研究已经有了很多成果。不准化研究所组织制定了《标准大气与参考大气模
同产品在不同高度飞行,使用的大气模型不同:型应用指南》行业标准(下称指南)。
航空使用30km以下的大气模型;航天器主要使
指南是在参考 AIAA G-003B-2004《参考与
用80km以上的大气模型;航天器、运載器、导标准大气模型指南》的基础上,结合国内大气模
弹使用0km~2500km的大气模型。20世纪60年型现状制定的。指南给出了用于航天的国内外主
《航天准化》2010年第3
万方数据
《准太气与参考太气模型应用揎商》介?小放笠
要大气模型的参考信息,大气模型的高度范固从手册》。
地面到2500km,适用于运载火箭、航天器的设
中层大气模型包括:AFCL-1R-86-010
计和应用,其他飞行器也可参照使用。
《AFGL大气成分剖面(0km~120km)(1986)》,
指南包括7章内容:①范围;②规范性引用AFGL-TR-174-0052《AFGL至80km的气候因素
文件;③术语和定义;④缩略语;⑤大气模型分极限包络(1973)》,AFGL-TR-85-0129《18km
类;⑥国内外大气标准主要内容江总表;⑦大气80km全球参考大气(1985)》,AFCL-87-02267
模型。标准给出了运载火箭、航天器设计和应用《0km~-130km大气层结构模型(1987)》。
中常用的标准大气与参考大气模型(下称大气模
热层大气模型包括:① Jacchia J70《热层和
型)的内容、特点和应用、依据、数据来源、形外大气层经验温度剖面静态模型(90km~
式、版次等。关于大气模型的描述不包括低空的2500km)(1970)》, Jacchia J71《热层和外大气
大气环流产生的气象现象,不包括大气动力学模层经验温度剖面静态模型(90km~2500km)
型,也不包括发射场大气模型。本文主要介绍指(1971)》, Jacchia_J77《热层温度、密度和成分
南中规定的大气模型的分类、内容和形式。
新模型(90km~2500km)(1977)》;②NRL
大气模型分类
MSISE-2000《热层模型(85km~2000m
(2000),MSIS-1986《热层模型(1986)》;③
大气模型是大气结构和变化过程的数据、公MET-2002《马歌尔工程热层模型(90km
式、表格和程序,通过对大量参测数据进行统计2500km)(200)》,MET-1988《马歇尔工程热
和理论分析而建立,国内外制定了许多标准来描层模型(90m-2500km)(1988)》,CJB544A
述大气模型。
2000《地球大气模型(90km~2500km)(等效采
大气模型按覆盖区域分为全球大气模型、区用MET-1988)》
域大气模型,按高度分为低层大气模型、中层大
气模型、热层大气模型。
2国内外部分大气模型主要内容
全球大气模型包括:①IS0253:1975《标
指南包括国内外多个大气模型标准,其主要
准大气》,CJB36.1-1987く北半球标准大气内容见表1。
(-2km-80km)》,CJB365.2-1987《高度压力换
算表》;(②S05878:1982《航空航天用参考大3大气模型描述
气》,CJB366.1-1987《航空与航天用参考大气
指南分18条分别描述了大气模型:IS0
(0km-80km)》,GJB366,2-1987《大气风场2533:1975《标准大气》、GB356系列标准、
(0km-25km)》,CJB3663-1987《大气湿度IS05878:1982《航空航天用参考大气》、CJB
(0km-25km)》;(3CIRA-1986《 COSPAR国际参366系列标准、CIRA-1986《 COSPAR国际参考
考大气(130km~200a));④GRAM-199大气》、CRAM-1999全球参考大气模型》、
NASA/MSFC全球参考大气模型(90km~ NASA TM-10097《全球0km~120km气候温度
2500km)》;⑤ NASA TM-10069《全球km~风、位势高度和压力月平均值(1988)》、USSA
120km气候温度、风、位势高度和压力月平均《美国标准大气系列》、GJB5601-2006《中国参
值》;⑥USSA-1962《美国标准大气(-5km~考大气(地面~80?km)》、ICA07488《标准大气
700km)》,USSA-1966《美国标准大气补充手册(1993))、“AFCL大气成分剖面(Ckm
(km~100km),USsA-1976《美国标准大气120km)(1986)”、“AFCL至80km的气候因
(-5km~-100km)》。
素极限包络(1973)”、“AFCL的18km~80km全
区域大气模型包括:CJB5601-2006《中国球参考大气(1985)”、“ACL的70km~130km
参考大气(地面~80km)》。
大气层结构模型(1987)”、“ Jacchia系列模
低层大气模型包括:ICAO748