利用天气雷达网监测神七返回舱试验及基于精细风场的神七伞降轨迹预测研究

【摘要】：2008年9月21-28日中国气象局在内蒙古四子王旗“神舟七号”载人飞船(简称神七)主着陆场附近进行了加强飞船回收气象保障的科学试验。本文主要从以下三个方面对神舟号返回舱再入段进行了研究： 首先,应用“再入物理学”、“电磁波在等离子体中的传播”、“雷达目标特性”等综合学科知识,以神舟返回舱再入段的雷达测量数据为依据,对“再入目标雷达隐身机理进行了系统的分析,阐述了雷达丢失目标现象出现的必然性,对整个再入过程中,目标雷达散射特性的变化规律做出了较为完整地描述。 其次,围绕利用天气雷达监测神七返回舱试验进行了研究,提出了神七返回舱的预定理论轨迹计算方法,提出了神七返回沿线天气雷达的观测参数的计算方法,设计了天气雷达实时捕获飞船的实施方案,并于2008年9月28日指导了天气雷达站的操作人员实时监测神七返回舱,事后又对监测数据进行反演,并与理论计算的轨迹和北京航天飞控中心提供的神七载人飞船回收段的部分航天实测数据进行了比对。本次试验证明了天气雷达能够跟踪监测神七返回舱,证实了我国气象部门现行业务天气雷达站网监测飞船的可行性,这是对航天测控网的有效补充。本文所编写的程序、计算预定理论轨迹和雷达观测参数的算法以及把天气雷达监测飞船数据反演成飞船轨迹的方法为今后进行天气雷达实时监测飞船积累了宝贵的经验,但在试验研究中也遇到了一些问题值得探讨,关于飞船在黑障区的探测破解,尚有许多地方需要今后做深入的研究。 最后,针对神七载人飞船的伞降回收着陆阶段受空中水平风影响很大的特点进行了分析研究,提出了伞降轨迹的计算方法；对精细的数值预报模式、高空探测和车载多普勒测风激光雷达获得的风廓线资料进行了对比分析；利用3种风廓线资料分别对神七返回舱开伞前后的轨迹进行了预测；并与神七实测开伞点和着陆点进行了比较分析。试验证明,精细资料为飞船的回收段的风修正提供了更详细的信息,利用精细风资料预测飞船伞降轨迹,有助于飞行控制指令编发,从而提高飞船定点回收的精度和可靠性,减小飞船的搜救范围,缩短搜救时间。