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2013年  第33卷  第2期

日球层物理和太阳系探测
飞行器进入火星大气的流场预测
吕俊明, 程晓丽, 王 强
2013, 33(2): 129-134. doi: 10.11728/cjss2013.02.129
摘要:
针对火星着陆探测器进入-下降-着陆过程的高超声速进入阶段, 利用三维并 行程序求解流体动力学Navier-Stokes方程与化学反应动力学模型, 分析火星 科学实验室进入火星大气时探测器周围的流场结构、化学非平衡效应影响和气 动特性变化规律. 结果表明, 对于完全气体模型, 来流的热力学性质参数选 取影响激波位置和强度. 在化学非平衡效应影响下, 探测器头部激波脱体距离 大幅减小, 驻点压力变化不大, 波后温度显著降低. CO2在激波后大量分解, 消耗相当能量. 流线结构显示, 探测器尾迹流动中存在复杂的旋涡运动等流动 分离现象.
月尘静电迁移研究进展
甘红, 王世杰, 李雄耀
2013, 33(2): 135-142. doi: 10.11728/cjss2013.02.135
摘要:
月尘的静电悬浮和迁移是Apollo时期留下的最有争议的问题之一. 其既是研 究月球表面物质演化历史的重要线索, 也是探月工程必须考虑的重要因素. 月尘在月表环境下易因电子附着、光电效应、二次电子发射等过程带电, 并 在月球全球性静电场作用下发生迁移运动. 但目前对月尘静电迁移过程的认 识还不全面, 其主要原因在于对月尘静电特性的了解不够准确, 对静电迁移 过程的地面模拟不够充分以及对月球尘埃环境的探测较为缺乏. 未来需进一 步开展模拟月尘的研制, 月尘静电特性的分析, 静电迁移过程模拟以及尘埃 环境的探测等工作.
嫦娥一号卫星太阳风离子探测器离子流量反演太阳风参数与初步结果分析
王馨悦, 张爱兵, 孔令高, 张贤国, 任琼英, 王世金, H. Réme
2013, 33(2): 143-150. doi: 10.11728/cjss2013.02.143
摘要:
嫦娥一号卫星(Chang'E-1)上搭载的两台太阳风离子探测器(SWID-A/B)是国际 上首次在200km极月轨道观测等离子体环境的探测仪器. SWID-A/B的科学目标 是探测月球附近等离子体与月球的相互作用, 获得月球附近的太阳风速度、密 度和温度. 太阳风离子探测器的观测数据是各能量成分离子流量的直接反映, 包含了太阳风离子的速度、密度和温度信息. 本文设计了一种利用离子流量 数据反演太阳风速度、密度和温度的算法, 并通过模拟太阳风离子注入探测 器的过程, 验证了算法的可行性. 对月球附近太阳风离子基本特征的分析研 究表明, 在太阳活动低年, 空间环境扰动水平相对较低时, 行星际太阳风运 动到月球附近后依然保持着相同的变化趋势; 太阳风离子的速度和密度与 在上游行星际空间时相近; 太阳风离子的温度则比在上游行星际空间时 高103K.
利用Hp分量预测空间环境地磁活动指数Kp
宋丹, 薛炳森, 程国生
2013, 33(2): 151-157. doi: 10.11728/cjss2013.02.151
摘要:
地磁场扰动可以引起近地空间环境(包括电离层和磁层)一系列变化, 地磁Kp指 数是空间天气扰动的重要参考指标. 采用地球同步轨道GOES-8卫星监测到的垂 直于同步卫星轨道平面的地磁分量Hp数据, 分析了地磁Kp指数 与Hp分量波动幅度间的统计关系, 结果显示, Hp分量 的变化与Kp指数具有很好的相关性. 利用回归分析和RBF神经网络方法, 建立了Kp指数现报模型, 根据地球同步轨道地磁场Hp分量的变化, 计算出相同时段的Kp指数. 监测结果表明, 预报方法具有一定的有效性和实 用性, 特别是人工神经网络模式计算的Kp指数与实测结果吻合很好. 利用此 方法能够在不依赖于地面地磁探测数据的情况下, 快速预报地磁扰动, 及时为 空间天气保障提供参考. 同时, 鉴于中国即将发射的风云四号搭载有地磁场探测 仪, 本项研究可为自主数据的应用奠定基础.
电离层不规则结构对GPS性能的影响
李婧华, 马冠一
2013, 33(2): 158-169. doi: 10.11728/cjss2013.02.158
摘要:
电离层不规则结构的存在可引起无线电信号的幅度和相位发生随机起伏, 这 种电离层闪烁现象会影响全球定位系统(Global Positioning System, GPS)的 性能, 降低定位精度, 严重时导致信号失锁. 电离层不规则结构对GPS性能的 影响涉及电离层物理、接收机设计和表征卫星几何分布的精度衰减因子(Dilution of Positioning, DOP)等多方面因素. 本文通过对表征电离层不规则结构参数 的分析, 根据GPS接收机跟踪环路和闪烁信号模型, 综合研究了电离层闪烁对 GPS接收机载波跟踪环和码跟踪环跟踪误差的影响; 结合实际观测, 评述 了电离层不规则结构对单频和双频GPS接收机定位性能的影响, 在此基础上 提出了有待深入研究的问题及具体建议.
哨声模合声波与地球同步轨道高能电子通量增强事件事例研究
何甜, 刘四清, 郑金磊, 龚建村
2013, 33(2): 170-175. doi: 10.11728/cjss2013.02.170
摘要:
局部加速机制是磁暴期间地球外辐射带高能电子通量增强事件发生的重要原 因. 此加速机制需要两个基本条件, 一是存在种子电子, 二是存在能与种子 电子产生共振的加速波动, 包括哨声模合声波. 通过对2004-2006年 Pi1地磁脉动持续时间与种子电子通量的相关性分析, 更明确提出Pi1地磁脉 动的持续时间可以作为种子电子通量的指示剂. 通过对三个磁暴事例地球同 步轨道的种子电子通量、高能电子通量及哨声模合声波变化情况的分析, 发 现在高能电子通量较强的事例中, 均观测到较高的种子电子通量和较强的 哨声模合声波, 这在一定程度上验证了哨声模合声波对种子电子的回旋加速 机制, 且合声波强度与高能电子通量有正的相关性.
空间目标碰撞预警中的一种高效筛选方法
杨志涛, 刘林, 刘静, 张耀, 程昊文
2013, 33(2): 176-181. doi: 10.11728/cjss2013.02.176
摘要:
在航天器碰撞预警工作中, 为节省计算时间, 需要从大量空间目标中筛选出 可能的危险目标, 计算碰撞概率等参量并进行风险评估. 通常采用的筛选方 法包括高度筛选、几何筛选和时间筛选三步, 不同文献中后两步筛选的算 法略有不同, 同时各方法均难以实现预报三天的快速碰撞预警. 本文通过充 分考虑一阶摄动项对目标轨道的影响, 改进了时间筛选算法, 并在其后增加 了距离筛选, 将筛除比例从通常的大约99%提高到99.97%, 为实现快速碰 撞预警工作提供了理论支持. 通过对实测数据的计算比较, 验证了方 法的正确性及高效性.
大面质比空间碎片在太阳光压和引力作用下的轨道演化
程昊文, 汤靖师, 刘静, 刘林
2013, 33(2): 182-187. doi: 10.11728/cjss2013.02.182
摘要:
分析了较高轨道(a > 10000km)大面质比空间碎片的轨道动力学演化问题. 重点讨论了位于地球同步轨道的空间碎片轨道演化问题, 并给出轨道偏心率 随时间演化的表达式. 通过进一步分析得出, 倾角大于63°26'的GTO轨 道空间碎片, 仅在J2和第三体摄动影响下, 会出现轨道偏心率升高; 而对 于大面质比空间碎片, 在J2项和太阳光压同时作用下, 当近地点指向的角 变率与太阳平黄经变化率接近时, 会出现长期共振现象, 导致轨道偏心率升 高, 近地点降低. 分析还得出, 轨道演化过程中, 偏心率的最大值与初始轨 道近地点的指向有关.
基于STK的空间目标可见光散射特性建模与仿真
李艳杰, 金光, 钟兴
2013, 33(2): 188-193. doi: 10.11728/cjss2013.02.188
摘要:
为给天基光学观测系统的设计和性能研究提供数据支持, 建立了基于STK的天基 探测空间目标等效星等计算模型. 选用双向反射分布函数(BRDF)五参量计算模 型, 分析了空间目标面元的可见光散射特性; 根据目标几何结构尺寸和物性参 量等建立目标几何模型, 对该模型进行面元划分, 推导了空间目标在天基观测 系统入瞳处的等效星等计算公式; 结合卫星工具包(STK)提供的太阳、目标卫 星、观测卫星三者的关系数据, 建立了基于STK的易于求解的目标星等计算模 型, 对此模型进行实例仿真和分析, 并与漫反射计算模型进行比较. 结果表 明BRDF模型得到的辐照度曲线比漫反射模型更曲折且存在峰值现象, 更符合 目标表面材料的实际特性, 此外, 与STK的结合运用, 使其可更加方便快捷地获得目 标最佳观测时段及相应的等效星等.
空间探测技术
基于脉冲星和紫外敏感器的自主定轨定姿授时研究
杨成伟, 郑建华, 高东
2013, 33(2): 194-199. doi: 10.11728/cjss2013.02.194
摘要:
为提高深空探测器的自主导航能力, 利用脉冲星导航的脉冲到达时间和脉冲星 角位置测量值、紫外敏感器中心天体质心相对于探测器的方向矢量和距离测量 值以及紫外敏感器输出的航天器姿态角, 以探测器在惯性坐标系下的位置和速度、 探测器本体坐标系相对于惯性坐标系的姿态角、星载时钟钟差为系统状态变量, 通过联邦扩展卡尔曼滤波器估计组合导航系统的系统状态, 并利用火星环绕段 轨道数据进行仿真实验. 仿真结果表明, 该组合导航方法能够使火星轨道器 在环绕段飞行中同时进行定轨、定姿和授时, 且具有较高的导航精度和授时能力.
基于LCOS拼接技术的动态星模拟器设计
刘石, 张国玉, 孙高飞, 王凌云
2013, 33(2): 200-206. doi: 10.11728/cjss2013.02.200
摘要:
提出了以LCOS为核心器件的动态星模拟器设计方案, 采用光学拼接方法实现 了高精度的使用要求, 计算出星模拟器光学系统的焦距、单星张角等光学参 数, 详细介绍了两片LCOS光学拼接的原理和方案, 给出了动态星图的实现方 法, 并对其误差进行了分析. 结果表明, 所设计的动态星模拟器视场 为10.2°× 10.2°, 模拟星等为2~6.5等, 单星 张角优于20", 星对角距误差优于22", 满足星模拟器大视场、高动态 性、高精度、刷新频率快等需求.
大型星载Ku波段波导缝隙阵列天线 ——宽频带设计及热变形分析
刘世华, 王宏建, 郝齐焱, 易敏, 陈雪, 刘广
2013, 33(2): 207-212. doi: 10.11728/cjss2013.02.207
摘要:
高度计波导缝隙阵列天线是高增益、低副瓣天线子系统, 其宽频带、窄波 束等特点对天线设计将提出较高要求. 天线阵面较大, 在空间环境冷热交替 的作用下会发生形变, 因此, 有必要研究形变对天线电性能的影响. 本文采 用天线阵分区馈电、波导中心馈电以及加载元件等技术, 解决了天线宽频带 设计问题, 并针对热变形问题, 提出一种分析天线热变形对其电性能影响的 新方法. 现已加工出8×10阵列天线实验件, 实测结果表明, 1.3以下 驻波带宽为340MHz, E面副瓣电平为-25.9dB, H面副瓣电平 为-27.2dB, 满足实际要求, 验证了设计方法的有效性.
控制力矩受限情况下漂浮基空间机械臂基于饱和速度滤波器的自适应控制方法
谢立敏, 陈力
2013, 33(2): 213-218. doi: 10.11728/cjss2013.02.213
摘要:
讨论了控制力矩受限且系统参数不确定情况下, 载体位置不受控、姿态受控 的漂浮基空间机械臂系统的智能控制问题. 运用系统动量守恒关系和拉格朗 日方程建立系统的动力学方程. 针对控制力矩受限和机械臂末端爪手所抓持 的载荷参数不确定的情况, 设计了一种基于饱和速度滤波器的自适应控制方 法. 该控制方法运用自适应调节规律有效地克服了系统不确定参数对控制精 度的影响; 运用双曲函数限制控制力矩的幅值大小, 使其更符合空间实际的 要求. 此外, 速度滤波器的运用使得在控制过程中不需要测量和反馈系统的 速度信号, 从而使得控制更加简单易行. 仿真结果证明了所提出控制方法的 有效性.
一种基于固态盘的磁盘缓存系统架构及其在子午工程数 据中心业务系统中的应用
郭清溥, 夏军宝, 钟鼎坤
2013, 33(2): 219-224. doi: 10.11728/cjss2013.02.219
摘要:
固态盘作为内存和磁盘之间的二级磁盘缓存运用于服务器存储层次结构中, 以满足空间科学研究领域日益增长的应用级I/O请求. 然而, 当前主流混合 存储架构未能充分发挥固态盘优势, 也没有考虑其寿命损耗. 因此, 本文提 出一种联合固态盘、磁盘的RAF (Random-Access First)混合存储架构, 在 提高系统性能的同时可延长固态盘寿命. 其主要思路是通过序列探测技术, 区 分负载中的随机访问和连续访问, 并将随机和顺序访问请求重定向到固态盘 和磁盘系统分别处理. RAF的原型已在Linux内核2.6.30.10中实现. 基于子 午工程真实业务数据及模拟数据的实验结果表明, RAF与当前的主流架 构Flash Cache相比, 在多种负载情况下可提升系统响应时间17%, 同时减少 固态盘老化率53%, 提高了存储系统的整体性能.