历史磁超级风暴期间卫星轨道阻力的估算

理解极端空间天气事件对于保护空间和地面技术系统的努力至关重要。特别是在热层中，随后的极端磁暴会通过加剧轨道预测误差对低地球轨道（LEO）航天器构成严重威胁。极端磁暴（最小 Dst $\leq$ --250 nT）极为罕见：在配备 CHAMP（CHAllenge Mini-satellite Payload）和 GRACE（Gravity Recovery And Climate experiment）等高水平加速度计的航天器时代仅发生了 7 次事件，且无一最小 Dst $\leq$ --500 nT，此处称为磁超级风暴。因此，当前对热层质量密度对超级风暴响应的认识非常有限。为此，为推进该认识，使用了历史上四次已知的磁超级风暴，即发生在 CHAMP 和 GRACE 服役前、具有完整数据集的事件，来经验估算密度增强及随后的轨道阻力。2003 年 11 月磁暴（最小 Dst = --422 nT），即两颗卫星观测到的最极端事件，被用作基准事件。结果显示，正如预期，轨道退化对最强烈的风暴更为严重。此外，结果明确指出风暴持续时间与风暴期轨道阻力效应密切相关，其重要性等同甚至超过风暴强度本身。针对 1989 年 3 月磁超级风暴估算的 CHAMP/GRACE 类样本卫星轨道的最极端风暴期衰减表明，持久性超级风暴可能对 LEO 中卫星的轨道动力学产生高度有害后果。