LARES 卫星温度分布与热阻力的建模

LARES 卫星是一项激光测距空间实验，旨在为地球物理观测做出贡献并测量广义相对论的 Lense-Thirring 效应。观测发现该卫星经历了 -0.4 pm/s$^2$ (pm := 皮米) 的异常沿轨轨道加速度。这种“阻力”并不令人意外；此前已在相关的 LAGEOS 卫星上观测到沿轨阻力 (-3.4 pm/s$^2$)。据推测，该阻力主要源于卫星外部的各向异性热辐射。我们报告了 LARES 卫星发射后最初 126 天内沿轨轨道衰减的数值计算结果。结果在很大程度上取决于熔融石英角锥反射器的可见光和红外吸收率 $\alpha$ 与发射率 $\epsilon$。我们给出了 $\alpha_{IR}$ = $\epsilon_{IR}$ 取两个值的结果：0.82，即“清洁”熔融石英的标准值；以及 0.60，即表面有轻微污染并暴露于空间环境中的石英的可能值。加热过程及由此产生的沿轨加速度取决于轨道平面、太阳位置，尤其是日食的发生，所有这些因素都是时间的函数。因此，我们计算了特定日期的阻力。我们将模型与观测数据进行了比较，这些数据涵盖了从发射后第 7 天开始的 120 天周期，显示平均加速度为 -0.4 pm/s$^2$。根据我们的模型，对于 CCR $\alpha_{IR}$ = $\epsilon_{IR}$ = 0.82，这 120 天期间的平均沿轨阻力计算值为 -0.59 pm/s$^2$。对于 CCR $\alpha_{IR}$ = $\epsilon_{IR}$ = 0.60，我们计算得到 -0.36 pm/s$^2$。因此，我们的模型表明，大部分异常沿轨加速度可以用热推力来解释，但可能还有来自未建模效应的较小贡献。