8. í nghĩa khoa học và thực ti ễn
1.3.3 Số liệu trường từ trờn vệ tinh CHAMP
Toàn bộ quỏ trỡnh thu nhận và xử lý số liệu CHAMP được tổng hợp như trờn sơ đồ hỡnh 1.11. Nú là một quỏ trỡnh khộp kớn gồm: ghi số liệu trờn vệ tinh – nộn và gửi số liệu về mặt đất – theo dừi và xử lý số liệu – người sử dụng – cỏc yờu cầu phản hồi từ người sử dụng – gửi yờu cầu đến trung tõm điều khiển – gửi lệnh điều khiển lờn vệ tinh.
Trung tõm điều khiển CHAMP đặt tại thành phố Weilheim và trung tõm thu nhận số liệu đặt tại thành phố Neustrelitz của Đức. Trung tõm thu nhận số liệu cú khả năng thu nhận từ 150Mb-220Mb/ngày tựy theo độ cao quỹđạo vệ tinh. Bộ nhớ trờn vệ tinh CHAMP lưu được 100Mb và bộ nhớđệm được 25Mb. Cỏc số liệu được ghi liờn tục và truyền về mặt đất, số liệu truyền thành cụng sẽ được xúa đi để giải phúng bộ nhớ và nú sẽ lưu trữ được trong vũng 13giờ nếu số liệu khụng truyền đi được. Quỏ thời gian trờn số liệu cũ sẽ bị xúa đi và ghi đố số liệu mới. Như vậy quỏ trỡnh lưu trữ và truyền số liệu trờn CHAMP là rất chặt chẽ và đảm bảo hầu như khụng bị mất số liệu. Cỏc số liệu ghi nhận được ban đầu tại mặt đất cũn gọi là số liệu “mức 0” sẽ được lưu trữ tại Trung tõm lưu trữ số liệu Neustrelitz. Số liệu tiờu chuẩn của CHAMP gồm 5 mức tương đương với cỏc quỏ trỡnh xử lý số liệu như sau:
- Mức 0: Số liệu thụ cỏc loại nhận được từ vệ tinh.
- Mức 1: Chuỗi số liệu thụ đó giải nộn và cỏc tài liệu nhiệt độ, hoạt động vệ tinh, cỏc thụng bỏo.
- Mức 2: Chuỗi số liệu nguyờn thủy theo vị trớ đó hiệu chỉnh thời gian, cỏc tài liệu vector và cường độ trường tổng được lấy trung bỡnh ở độ phõn giải thời gian 1 giõy. Tài liệu vector được xử lý với tập hợp cỏc tham số được cập nhật thường xuyờn. Tài liệu được cho trong hai hệ tọa độ, hệ tọa độ gắn với cỏc đầu cảm biến và hệ tọa độ vuụng gúc tõm ở tõm Trỏi Đất, trục X hướng về phớa Bắc, trục Y hướng về phớa Đụng (hệ tọa độ NEC).
- Mức 3: Sản phẩm tài liệu ở mức này gồm cỏc chuỗi theo thời gian của cỏc thành phần trường từ trong hệ tọa độ NEC dựa trờn thụng tin từ cỏc phộp đo chuẩn trong chuyến bay và mụ hỡnh húa. Mức này cung cấp tài liệu vector với độ phõn giải thời gian 5 giõy và số liệu trường tổng với độ phõn giải thời gian 1 giõy. Vị trớ được cho trong hệ tọa độđịa lý và hệ tọa tọa độ từ.
- Mức 4: Tớnh cỏc mụ hỡnh trường từ nguồn gốc bờn trong và bờn ngoài dưới dạng cỏc hệ sốđiều hũa cầu.
Trong nghiờn cứu này cũng như trong cỏc nghiờn cứu khỏc đó cụng bố trờn thế giới đều sử dụng số liệu mức 3 là số liệu đó được kiểm tra và hiệu chỉnh chớnh xỏc về tọa độ, thời gian.
Cho đến nay, nhờ quỏ trỡnh hợp tỏc nghiờn cứu khoa học giữa Viện Vật lý địa cầu Hà Nội và Viện Vật lý Địa cầu Paris với sự giỳp đỡ trực tiếp của TS. Cohen và TS. Doumouya, chỳng tụi đó thu thập chuỗi số liệu thu được trờn CHAMP từ thỏng 7/2001 đến thỏng 12/2007 bao gồm: số liệu 3 thành phần X,Y,Z từ thỏng 1/2006 đến 12/2007 và số liệu trường tổng F từ thỏng 7/2001 đến thỏng 12/2007 (Bảng 1.3). Cỏc số liệu trường tổng F được lưu trữ một năm một tệp với kớch thước khoảng 250Mb/năm cũn số liệu ba thành phần của trường từ lưu trữ dưới dạng file nộn bằng định dạng CDF (Common Data Format) và được đọc bằng phần mềm chuyờn dụng của NASA. Trong mỗi tệp số liệu bao gồm cỏc thụng tin: Năm – thỏng – ngày - giờ - phỳt – giõy - độ cao - kinh độ - vĩ độ - giỏ trị đo, ngoài ra cũn cú giỏ trị chỉ số Kp, bỏn kớnh Trỏi Đất tại vị trớ đo….
Bảng 1.3: Tổng hợp số liệu trường từ thu được trờn vệ tinh CHAMP
Năm Sốđiểm đo Ghi chỳ 2001 12.945.025 6 thỏng cuối năm/ F 2002 31.101.108 12 thỏng/ F 2003 32.523.754 12 thỏng/ F 2004 31.203.156 12 thỏng/ F 2005 30.257.198 12 thỏng/ F 2006 32.563.189 12 thỏng/ F,XYZ 2007 31.581.367 12 thỏng/ F,XYZ
Với tốc độ bay của vệ tinh CHAMP, thời gian để bay được một vũng quanh Trỏi Đất mất 93,55 phỳt tức khoảng 15,5 vũng/ngày. Hỡnh 1.12 biểu diễn quỹ đạo của CHAMP trong 1 ngày 5/7/2001 bằng đường nột liền và vị trớ cỏc đài trạm địa từ trờn mặt đất (chấm trũn) thuộc mạng lưới INTERMAGNET, đường gạch màu xanh biểu thị vị trớ xớch đạo từ (niờn đại 2005.0). Như vậy, với quỹ đạo của vệ tinh CHAMP nú cú thể bay qua được tất cả cỏc vị trớ trờn bề mặt Trỏi Đất và với độ nghiờng của mặt phẳng quỹ đạo khoảng 870 quỹ đạo của CHAMP gần như song song với kinh tuyến và vuụng gúc với xớch đạo.
Hỡnh 1.12: Quỹđạo vệ tinh CHAMP trong ngày 5/7/2001.
Do sức hỳt của Trỏi Đất và do tỏc động của giú cũng như do năng lượng bị suy hao dần trong quỏ trỡnh hoạt động nờn quỹđạo của cỏc vệ tinh cú xu hướng thấp dần (Hỡnh 1.13 biểu diễn độ cao quỹ đạo của CHAMP trong khoảng thời gian từ thỏng 7/2001 đến hết thỏng 12/2007). Rừ ràng, rằng quỹ đạo của CHAMP đó giảm dần từđộ cao 454 km khi bắt đầu đi vào hoạt động, sau 3 lần điều chỉnh tăng độ cao phục vụ cỏc mục đớch nghiờn cứu khỏc nhau đến cuối năm 2007 độ cao chỉ cũn khoảng 348 km.
Khi thiết kế, thời gian tồn tại của CHAMP chỉ là 5 năm, tuy nhiờn thực tế nú đó hoạt động dài gấp đụi dự kiến và đó kết thỳc nhiệm vụ của mỡnh vào ngày 19/9/2010. Vệ tinh CHAMP sau khoảng 10 năm hoạt động đó cung cấp một chuỗi số liệu khổng lồ cho cỏc nghiờn cứu về trường địa từ, trường trọng lực cũng như cỏc trường vật lý khỏc. Với nhiều ưu điểm của thiết bị như: đo đạc cả trường tổng và cỏc thành phần của trường từ cú độ chớnh xỏc cao, quỹđạo bay thấp do vậy cho đến nay đó cú hàng trăm nghiờn cứu về trường địa từ sử dụng số liệu CHAMP được cụng bố.
Bảng 1.2 ở trờn cho thấy ở vệ tinh CHAMP, sai số đo trường tổng là ±0.5nT và đo ba thành phần vectơ của trường từ là ±1.5nT. Ngoài ra độ lệch giữa đo trường tổng và đo cỏc thành phần của trường từ với số liệu ở mức 3 được giới hạn là
<0.5nT. Như vậy, tổng cộng sai số do thiết bị và đo đạc trờn vệ tinh CHAMP vào khoảng ±1nT với trường tổng và ±2nT với ba thành phần của trường từ.
Hỡnh 1.13: Độ cao quỹđạo vệ tinh CHAMP theo thời gian (từ 7/2001 - 12/2007).