基于全球 MHD 模拟的天琴计划残余加速度分析

天琴是一项拟议的星载引力波观测台，其设计用于探测 0.1 mHz -- 1 Hz 频段的引力波信号。在 $10^5$ km 的地心距离处，地球磁层中的等离子体将成为环境噪声的主要来源。在此，我们分析由空间等离子体磁场引起的天琴检验质量的加速度噪声。以先进成分探测器观测的真实太阳风数据作为磁流体力学模拟的输入，利用空间天气建模框架模拟地球全球磁层，从中获取探测器轨道上的等离子体及磁场参数。我们计算了这些轨道构型下残余加速度的时间序列及相应的振幅谱密度。我们发现，由空间磁场感生的检验质量磁矩与航天器磁场相互作用产生的残余加速度（$\bm{a}_{\rm M1}$）为主导项，在检验质量磁化率标称值（$\chi_{\rm m} = 10^{-5}$）与磁屏蔽因子（$\xi_{\rm m} = 10$）下，于 $f \approx$ 0.2 mHz 处可达 $10^{-15}$ m/s$^2$/Hz$^{1/2}$。由空间磁场引起的加速度噪声振幅谱密度与惯性传感器初步目标之比在 1 mHz 与 10 mHz 处分别为 0.38 与 0.08。我们讨论了在未来天琴仪器研发中通过降低 $\chi_{\rm m}$ 和/或增大 $\xi_{\rm m}$ 来进一步抑制该加速度噪声的途径。