中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术院重点实验室先进测量技术研究室利用X射线掩星探测手段，突破了两种用于高精度临近空间大气密度反演算法，具体包括基于X射线能谱拟合的临近空间大气密度反演算法和基于光变曲线拟合的临近空间大气密度反演算法。其中，基于X射线能谱拟合的临近空间大气密度反演方法的研究成果已发表在Advances in Space Research期刊上，结合我国首颗大型X射线天文卫星“慧眼”（HXMT）的能谱掩星数据，通过能谱拟合发现在90–200 km范围内反演结果与NRLMSISE-00模型密度值相比低了约1.4%–34.4%。审稿专家评价：“I believe that the paper is a good step-forward to promote this kind of studies in the future（相信本文为未来推动此类研究迈出了重要一步）”
Citation: Daochun Yu, Haitao Li, Baoquan Li, Mingyu Ge, Youli Tuo, Xiaobo Li, Wangchen Xue, Yaning Liu, “New method for Earth neutral atmospheric density retrieval based on energy spectrum fitting during occultation with LE/Insight-HXMT”，Advances in Space Research, 2022, 69(9): 3426-3434.
文章链接: https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.02.030
图1 能谱拟合反演结果和NRLMSISE-00模型密度值的对比
为了交叉验证反演结果，项目团队与国内多个研究团队合作又发展了一种基于X射线光变曲线拟合的临近空间大气密度反演方法，针对该方法的研究成果已发表在Atmospheric Measurement Techniques期刊上。该方法利用“慧眼”卫星在1.0–2.5 keV、2.5–6.0 keV、6.0–10.0 keV能量范围内的蟹状星云掩星期间的光变曲线数据，分别反演得到了105–200 km、95–125 km、85–110 km高度范围内的临近空间大气密度，大气密度反演结果与NRLMSISE-00模型密度值相比分别低了11.2%、19%、12.3%，通过X射线能谱拟合方法和光变曲线拟合方法分别反演得到105–200 km范围的大气密度，两种方法的反演结果显示，在105–190 km高度范围内相对于NRLMSIS 2.0模型密度值的变动范围区间在-11.8%–+24.5%之间，具体详见图3，发现两种方法反演结果的一致性较好。审稿专家评价：“This is an important step-forward for this relatively new technique of the atmospheric density measurement（这是对于这一相对较新的大气密度测量技术向前迈出的重要一步）”
Citation: Yu, D., Li, H., Li, B., Ge, M., Tuo, Y., Li, X., Xue, W., Liu, Y., Wang, A., Zhu, Y., and Luo, B.: Measurement of the vertical atmospheric density profile from the X-ray Earth occultation of the Crab Nebula with Insight-HXMT, Atmos. Meas. Tech., 2022, 15(10): 3141–3159.
文章链接：https://doi.org/10.5194/amt-15-3141-2022
图2 “慧眼”卫星掩星期间三个能段光变曲线及能谱数据
图3 105–200 km范围内光变曲线反演结果和能谱反演结果对比
X射线掩星探测技术用于临近空间大气密度探测具有较多优势：
1.测量准确度高。X射线吸收截面精度优于5%，而且独立于大气的热状态，不涉及光电子输运与激发过程，使得反演结果准确度高；
2.远距离测量，对大气密度的干扰小。利用X射线掩星反演临近空间大气密度时，切点位置与卫星相距在千公里以上，不存在就位测量干扰；
3.X射线掩星反演方法不仅可以得到总的大气密度，还可以得到各组分的大气密度；
4.载荷资源需求少，探测机会多，研制成本低。利用太阳实现掩星探测，载荷重量在几公斤级别，基于微纳卫星平台或者搭载方式就可实现在轨长期观测；
5.方便建立太阳活动与临近空间大气密度变化的动态关联。太阳活动影响临近空间大气密度，太阳活动的表征依据太阳X射线辐射强度，而X射线掩星探测需要实时测量太阳X射线能谱，因此基于X射线掩星探测更方便建立临近空间大气密度动态模型。
目前项目团队已经突破了基于X射线掩星探测反演大气密度的方法，并结合“慧眼”（HXMT）卫星X射线掩星数据进行了充分验证，为我国建立自主的全高程全球覆盖的临近空间大气密度模型奠定了技术基础。
（供稿：系统室）
