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Cluster 联测设备介绍

Cluster 联测设备介绍. 沈超 马永辉 中国科学院空间科学与应用技术研究中心. Cluster 卫星概述. 1985 年，欧空局 (ESA) 提出 Cluster-I 计划，计划于 1992-1996 年期间正式实施，其科学目标主要是用来探测太阳风与磁层相互作用的关键区域，如太阳风、弓激波、极尖区、磁尾以及极光卵等，很不幸的是， Cluster-I 四颗卫星在 1996 年 6 月 4 日发射失败。

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Presentation Transcript

  1. Cluster联测设备介绍 沈超 马永辉 中国科学院空间科学与应用技术研究中心

  2. Cluster卫星概述 • 1985年，欧空局(ESA)提出Cluster-I计划，计划于1992-1996年期间正式实施，其科学目标主要是用来探测太阳风与磁层相互作用的关键区域，如太阳风、弓激波、极尖区、磁尾以及极光卵等，很不幸的是，Cluster-I四颗卫星在1996年6月4日发射失败。 • 1997年4月，ESA又通过了新的Cluster计划（Cluster-II），其科学目标不变，并于2000年8月全部发射成功。Cluster的近地点是4Re，远地点是19.6Re，倾角为90度，四颗卫星各载有11个探测设备。

  3. Cluster四颗卫星在一年中的轨道示意图 （Escoubet et al., 2001） 卫星的自旋周期是4秒；忽略卫星的进动，卫星在轨运行一圈是57小时；忽略卫星姿态控制和相互间距离变化的因素，卫星的远地点绕地球一圈是1年。 每年1-4月份，卫星远地点位于向阳面，可用来研究太阳风与磁层的相互作用；每年7-10月份，远地点主要位于磁尾，可用来研究磁暴，磁层亚暴，重联以及磁尾的其他动力学过程。 设计寿命是5年，很多仪器已延期到2010年，现在很多设备还在运行

  4. Evolution of the Cluster orbit in the x–z GSE plane during the period 2001–2009

  5. Cluster星族轨道示意

  6. ASPOC（Active Spacecraft Potential Control，卫星电位动态控制器） • 发射5-8KeV的铟离子实现卫星电位稳定处于较低水平，从而保证其他仪器对冷等离子体的精确测量 • 仪器PI：W. Riedler and K. Torkar (Austria) • 可用数据：2000/12/09 - 2008/06/30 • 用来测量离子电流（ the net current flowing from the emitter into space ）

  7. CIS（ Cluster Ion Spectrometry ，离子谱仪） • 包含两个探测器：其一是CODIF（Composition Distribution Function），探测0-40KeV/q内的主要成分的速度分布，角分辨率为22.5度*10.25度；另一台是HIA （Hot Ion Analyser），不区分成分地探测5eV/q-32KeV/q内的离子分布，角分辨率为5.6度*5.6度。 • 仪器PI：H. Reme （France） • 可用数据：2000/12/09 - 2011/03/31 • 可用来测量质子，氧离子，氦离子以及热离子的数密度，质子，热离子的速度和温度

  8. EDI（ Electron Drift Instrument ，电子漂移探测器） • 通过发射和追踪电子运动来反演局地的电场和磁场 • 仪器PI： G. Paschmannn （Germany） • 可用数据：2000/12/09 - 2010/04/30 • 可用来测量电子漂移速度和局地电场

  9. FGM（ Fluxgate Magnetometer ，磁通门磁强计） • 四颗卫星的四点矢量磁场测量可用来计算空间的电流密度，波矢方向以及间断面的几何结构，每秒采集67次，最高精度能达8 pT • 仪器PI：A. Balogh （U.K.） • 可用数据：2001/01/30 - 2010/02/01 • 用来测量磁场的三分量和总磁场值，对不同磁场测量范围，其数据精度是不同的

  10. PEACE（Plasma Electron and Current Experiment，电子电流测量仪） • 分为高能和低能两台电子分析仪，可以测量0.7eV-30KeV内电子的三维速度分布，角分辨率为2.8度*5.3度 • 仪器PI：A. Fazakerley （U. K.） • 可用数据：2000/12/09 - 2009/07/31 • 用来测量高能和低能电子的数密度，速度和温度以及平行电子热通量

  11. RAPID（ Research with Adaptive Particle Imaging Detectors ，捕获粒子成像仪） • 探测高能离子（30-1500KeV）和高能电子（20-450KeV）分布，主要用于追踪粒子加速源区和磁力线拓扑形态 • 仪器PI：B. Wilken and P. W. Daly （Germany） • 可用数据：2000/12/09 - 2011/03/31 • 可用来测量电子、质子、氦离子、重离子的通量以及场向电子、质子的各向异性

  12. DWP（Digital Wave Processing Experiment，数字波动处理器） • 探测频率从DC直至100kHz的电磁波，可以综合各种波动探测器和离子探测，建立相关函数，用于波粒相互作用的研究 • 仪器PI：H. Alleyne （U.K.） • 可用数据：2000/11/01 - 2009/12/30 • 用于分析粒子相关性的能量范围，频率范围以及显著性？

  13. EFW（ Electric Field and Waves，电场波动探测仪） • 探测电场，可用于对流和波动的研究，其每秒36000次取样的高分辨率，利于研究速度为~1000km/s的结构和波动。 • 仪器PI： G. Gustafsson （Sweden） • 可用数据：2000/12/09 - 2009/07/31 • 可用于测量电场和等离子体密度的变化

  14. STAFF（ Spatio-Temporal Analysis ofField Fluctuations ，波动时空分析器） • 可以探测电磁波中的磁场成份以及电磁场相关，可用于研究小尺度电流结构的形状，电流密度以及运动，确定等离子体波动的源区 • 仪器PI： N. Cornilleau-Wehrlin（France） • 可用数据：2000/12/09 - 2011/04/25 • 可用于测量不同频率范围的磁场波动（0.3-10Hz，10-180Hz，180-4000Hz）

  15. WHISPER（ Waves of High Frequency and Sounder for Probing of the Electron Density by Relaxation，高频波和电子密度混相计） • 发射并接收脉冲探测电子密度 • 仪器PI：P. W. E. Decreau （France） • 可用数据：2000/12/10 - 2011/05/02 • 主要测量在0.1-80cm-3范围内的总电子密度，也可测量4-80kHz的波电场

  16. WBD（Wide Band Data instrumentation，宽带接收器） • 高分辨率地探测电场波形，等离子体波频谱和传输频率，用于诸如极光千米波的研究 • 仪器PI：D. A. Gurnett （U.S.A） • 不提供科学数据产品

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