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2018年  第38卷  第4期

前沿动态
TESS任务成功发射
王海名
2018, 38(4): 429-429.
摘要:
ESA第4个中级科学任务聚焦系外行星性质研究
王海名
2018, 38(4): 429-429.
摘要:
俄罗斯重启Ionosond-2025电离层探测项目
范唯唯
2018, 38(4): 430-430.
摘要:
SDO揭示太阳磁笼阻止太阳喷发机制
王海名
2018, 38(4): 430-430.
摘要:
NASA成功发射Insight火星探测器
韩淋
2018, 38(4): 430-430.
摘要:
ESA和NASA签署火星采样返回任务研究意向书
韩淋
2018, 38(4): 431-431.
摘要:
ESA成功发射Sentinel-3B任务
范唯唯
2018, 38(4): 431-431.
摘要:
Swarm发现地球第二磁场
范唯唯
2018, 38(4): 431-431.
摘要:
美国科学家发现几十年来全球海平面处于加速上升状态
范唯唯
2018, 38(4): 431-431.
摘要:
ESA成功试验世界首个吸气式电推进器
范唯唯
2018, 38(4): 432-432.
摘要:
ISS外部将安装Bartolomeo商用研究平台
范唯唯
2018, 38(4): 432-432.
摘要:
发展战略
美国发布《NASA战略规划2018》
杨帆, 王海名
2018, 38(4): 433-434.
摘要:
LPI更新月球探索核心科学概念
韩淋
2018, 38(4): 435-436.
摘要:
政策研讨
美国宇航局推举出新局长
唐一尘
2018, 38(4): 436-436.
摘要:
研究论文
太阳质子事件与太阳耀斑的关系
乐贵明, 王鸿雁, 白铁男
2018, 38(4): 437-443. doi: 10.11728/cjss2018.04.437
摘要:
通过对0°W-39°W,40°W-70°W,71°W-90°W经度范围内太阳质子事件与太阳耀斑的相关性计算分析,发现太阳质子事件与太阳耀斑的相关系数依赖于经度.太阳耀斑积分与地球磁链接区域(40°W-70°W)太阳质子事件强度的相关系数最大.相关系数的这种特点与耀斑加速粒子的最大流量只出现在磁链接区域的特征相吻合.计算结果表明,太阳耀斑对太阳质子事件具有贡献,即耀斑对E ≥ 10MeV的质子加速有贡献.耀斑和CME在磁链接区域对太阳质子事件的贡献相同,这说明太阳质子事件是混合型事件.
冷而密的等离子体片及其对磁尾等离子体片分布特性的影响
柏诗晨, 史全岐, 田安民, 张帅
2018, 38(4): 444-451. doi: 10.11728/cjss2018.04.444
摘要:
地球磁尾等离子体片在太阳风-磁层耦合过程中起着重要的作用,其中冷而密的等离子体片是地磁活动平静期太阳风等离子体进入磁层的重要区域.以往的研究通常没有利用局地探测数据针对冷而密的等离子体片发生率在地心太阳磁层坐标系(GSM)中xy平面分布的统计分析.本文利用GEOTAIL卫星1996-2016年的局地测量数据,给出了等离子体片密度、温度及冷而密的等离子体片发生率的二维分布.与温度具有晨昏对称分布不同,等离子体片数密度呈现明显的晨昏不对称性,并且冷而密的等离子体片发生率在晨侧较高.
电离层Es离子分布数值建模
张雅彬, 吴健, 许正文, 徐彬, 徐彤, 刘瑶, 胡艳莉, 王占阁
2018, 38(4): 452-459. doi: 10.11728/cjss2018.04.452
摘要:
从离子连续性方程和动量方程出发,比较全面地考虑了太阳光电离、星光电离、地冕电离、星际背景电离和流星离子流等电离源,综合分析Es层的主要动力学过程和光化学过程,以风剪切理论为基础,研究中性成分碰撞、电场作用、金属离子作用和分子离子作用等机制对离子分布的影响,建立了一维时变电离层Es物理模型.对离子产生率、垂直方向的离子速度在高度和时间上的变化进行仿真和计算,得到了在电场及风剪切作用下的离子密度剖面24h内的变化规律.根据建立的模型,以昆明相干散射雷达观测的径向风结果作为模型输入参考,仿真并得到了电离层Es电子密度的时空分布,据此反演出电离层Es临界频率f0Es.与昆明站电离层测高仪同时间观测的情况进行对比,结果比较一致,验证了建立的Es层物理模型正确性.
Application of ERA5 Reanalysis to the Construction of Initial Conditions for WACCM Simulations
WANG Yegui, JING Wenqi, CUI Yuanyuan, CAI Qifa, LAN Weiren, FANG Hanxian, WENG Libin, NIU Jun
2018, 38(4): 460-468. doi: 10.11728/cjss2018.04.460
摘要:
This study uses ECMWF fifth-generation reanalysis, ERA5, which extends to the mesopause, to construct the Initial Conditions (IC) for WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Model) simulations. Because the biases between ERA5 and Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry (SABER) temperature data are within ±5 K below the lower mesosphere, ERA5 reanalysis is used to construct IC in the lower atmosphere. Four experiments are performed to simulate a Stratospheric Sudden Warming (SSW) event from 5 to 15 February 2016. The simulation using the WACCM default climatic IC cannot represent the sharp meteorological variation during SSW. In contrast, the 0~4 d forecast results driven by ERA5-constructed IC is consistent with ERA5 reanalysis below the middle mesosphere. Comparing with WACCM climatology ICs scheme, the ICs constructing method based on ERA5 reanalysis can obtain 67%, 40%, 22%, 4% and 6% reduction of temperature forecast RMSE at 10 hPa, 1 hPa, 0.1 hPa, 0.01 hPa and 0.001 hPa respectively. However, such improvement is not shown in the lower thermosphere.
一次暴雨激发平流层重力波的卫星观测与数值模拟
孙睿, 姚志刚, 韩志刚, 赵增亮, 崔新东, 严卫
2018, 38(4): 469-481. doi: 10.11728/cjss2018.04.469
摘要:
针对卫星Aqua/AIRS观测到的与2011年7月25日山东省乳山市特大暴雨相伴的一次平流层重力波过程,利用中尺度数值模式WRF进行暴雨诱发平流层重力波的数值模拟.对模式输出的垂直速度场和温度扰动场的分析表明,暴雨在平流层内的弧状波结构主要集中在降水云系东侧,水平影响范围大于1000km,且随着高度的增加,圆弧状结构趋于闭合,波动能量显著增强.此外,对垂直速度剖面结构分析表明,受高空东风和风切变的影响,重力波在上传过程中逆着背景风场向东传输,不同高度波动形态各异.基于快速傅里叶变换(FFT)的功率谱分析结果表明,此次暴雨激发的平流层重力波在35km高度的周期为7~20h,水平波长约为1000km,垂直波长为5~10km.通过分析动量通量的垂直输送,定量反映出重力波上传过程中的动力学变化特征.
基于中国岢岚地区法布里-珀罗干涉仪的风场及行星波观测特征
张轶尧, 盛峥, 石汉青, 江宇, 杨平吕, 曹瑜
2018, 38(4): 482-491. doi: 10.11728/cjss2018.04.482
摘要:
利用中国岢岚站(38.7°N,111.6°W)法布里-珀罗干涉仪2013年7月至2014年11月的水平风场数据,对87,97,250km风场长期变化和行星波特征进行了研究.通过分析年振荡(AO)和半年振荡(SAO)振幅相位,将午夜风场与HWM07数据对比发现:87km和97km处FPI纬向风变化趋势与HWM07相近,而经向风相位落后于HWM07,从振幅上看,HWM07振幅偏大;250km处风场月变化大,FPI与HWM07差异大,HWM07模式的准确性需进一步考虑太阳活动和行星际磁场的影响.利用Lomb-Scargle功率谱以及最小二乘谐波拟合提取了三个高度的行星波振幅,其特征表明87km和97km处纬向风16日波秋季及冬春季活动强,而6.5日波最强振幅出现在春季和秋季,在中间层顶附近两种行星波活动均较弱;250km处经向行星波活动略强于纬向,经向风不同周期带的行星波最强振幅主要出现在5-9月,与电离层f0F2振荡特性的研究结果一致.
冷锋期间武汉MST雷达低平流层回波异常现象
潘震豪, 周晓明, 陈罡, 燕春晓, 陈飞龙, 王莹
2018, 38(4): 492-501. doi: 10.11728/cjss2018.04.492
摘要:
武汉MST雷达是中国子午工程建设的两台中高层大气无线电探测雷达之一.该雷达探测频率在VHF频段,雷达回波在低平流层和对流层上部具有角谱特性,可为研究大气动态稳定性提供有效技术手段.本文利用武汉MST雷达2016年4月17日冷锋活动期间及平静天气的角谱实验数据,从雷达回波特性变化、风场空间分布、湍流生成机制以及内重力波影响四个方面分析并解释了MST雷达对流层顶上部区域出现持续异常强回波带的成因.分析结果表明,对流层冷锋的强对流作用诱发内重力波,内重力波向上传播至低平流层后受增强的剪切急流影响发生耗散甚至破碎,激励了长时间跨度的K-H不稳定性,进而导致水平反射层结构发生扰动生成湍流,使得雷达回波结构发生变化.
临近空间中子辐射环境分析及其引起的单粒子效应预计研究
张战刚, 雷志锋, 师谦, 岳龙, 黄云, 恩云飞
2018, 38(4): 502-507. doi: 10.11728/cjss2018.04.502
摘要:
使用Space Radiation 7.0工具分析临近空间中子辐射环境,研究其与海拔高度、太阳活动和经纬度的关系及内在原因.在此基础上,提出了一种基于蒙特卡罗方法的大气中子实时错误率预计方法,并以航空电子系统关键集成电路FPGA为例,预计其单粒子翻转敏感模块包括配置存储器、块存储器和用户触发器,单粒子功能中断敏感模块包括上电复位电路、SelectMAP接口等的实时飞行错误率.结果表明,配置存储器中发生的单粒子翻转达到总单粒子翻转率的77%,而上电复位电路和SelectMAP接口中发生的单粒子功能中断各占总单粒子功能中断率的36%.根据RTCA DO-254对飞行系统失效等级的划分,该FPGA器件不可用于航空电子系统关键位置.
利用高频天波返回散射反演台风中心和风速
鲁转侠, 李雪, 李吉宁, 华彩成, 吕哲
2018, 38(4): 508-516. doi: 10.11728/cjss2018.04.508
摘要:
通过分析高频天波返回散射地(海)杂波频谱分布特性,构建三谱滤波器模型,实现多类型频谱中一阶海杂波峰值比的提取,结果与实测数据吻合较好.基于台风中心与区域一阶海杂波峰值比相关性分析,结合后向差分法,有效确定了台风中心,结果与气象部门发布数据趋势上基本一致,平均绝对误差约38km.使用修正经验模型法初步开展了台风中心最大风速和台风中心附近的风速反演,结果与气象部门发布数据分布基本一致.研究结果表明高频天波返回散射探测对大范围、远距离海态监测具有重要意义.
微重力下层流扩散火焰碳烟生成过程
远洪亮, 孔文俊
2018, 38(4): 517-523. doi: 10.11728/cjss2018.04.517
摘要:
根据详细的燃料氧化机理和多环芳烃生成机理,对乙烯同轴射流火焰在重力变化下碳烟生成情况进行计算.认为碳烟的初始成核是由两个较大的多环芳烃(PAH)二聚而成,碳烟的表面生长机理为HACA,凝结过程主要考虑PAH与碳烟的碰撞吸附,碳烟生长和氧化过程耦合在分节气溶胶模型中.计算结果表明,微重力条件下乙烯同轴射流火焰峰值温度下降230K,碳烟浓度显著增加,且浓度峰值在微重力条件下更加偏离中心线.分析重力变化对碳烟前驱体乙炔和多环芳烃的分布、初始成核速率、表面生长速率及凝结速率的影响.结果表明碳烟在中心轴线上主要是通过凝结过程生成的,且微重力条件下PAH在碳烟表面的凝结更加重要.由于微重力条件下停留时间更长,导致碳烟直径更大.
微重力燃烧实验系统多功能支撑平板结构设计
商兰, 王宝瑞, 刘闯, 孔文俊
2018, 38(4): 524-529. doi: 10.11728/cjss2018.04.524
摘要:
微重力燃烧实验柜安装在载人空间站内,其用途是为研究燃烧提供良好的微重力环境,因而对燃烧理论和模型发展、空天推进动力技术突破、空间防火安全设计等具有重要价值.多功能支撑平板是燃烧实验系统中固定各种光学诊断设备、燃烧室以及辅助类组件的关键支撑结构.在考虑重量和尺寸约束的条件下,平板需保证足够的刚度和安装空间.通过分体式结构设计,使平板在满足安装空间需求的同时能够顺利通过舱门;通过有限元模态分析及优化设计,使平板在满足重量约束的条件下具有足够的刚度.
微重力条件下红外材料的空间生长
焦翠灵, 王仍, 陆液, 李向阳
2018, 38(4): 530-538. doi: 10.11728/cjss2018.04.530
摘要:
根据近年红外材料在空间生长的研究概况,分析了涵盖熔体、气相、液相外延和分子束外延等生长方法及各个方法生长红外材料的基本原理,在地面生长遇到的问题,以及在空间微重力环境中进行红外材料生长的优势.同时基于中国利用熔体法在天宫二号上已经进行的ZnTe:Cu晶体的空间生长科学实验及地基实验结果,通过对空间和地面实验结果进行对比,提出了在超高真空环境下,利用分子束外延方式生长高性能、大尺寸红外材料的可能性,以及未来在空间微重力条件下进行红外材料生长的研究方向及具体应用.
基板和流速对羟基磷灰石生长的影响
戴国亮, 蓝鼎, 陈珈璐
2018, 38(4): 539-545. doi: 10.11728/cjss2018.04.539
摘要:
通过共混制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)/羟基磷灰石(HAP)和PDMS/生物玻璃复合材料作为生长基板,研究了静止条件下不同基板上HAP的生长.设计了一套流速加载装置,观察模拟体液流速对生物玻璃基板上HAP晶体生长的影响.研究发现在静止条件下,HAP晶体在PDMS复合材料上比在生物玻璃上生长更快,尺寸更大;随着流速的增加,HAP晶体尺寸更大而且无定形沉淀数量减少.
灭菌模块中流速和银离子浓度分布模拟计算
李鹏, 谭旭, 马永, 于海滨, 谢文, 李磊磊
2018, 38(4): 546-552. doi: 10.11728/cjss2018.04.546
摘要:
无菌水是载人航天器生命健康的保障条件.灭菌模块安装在水处理系统末端,向净化水释放规定浓度的银离子,起到杀菌和长期保存作用,使净化水达到饮用水质标准.水流过金属壁面,根据交换流域采用标准k-ε模型标准壁面函数,针对600mL·min-1流量工况建立流场和银离子浓度场的计算模型.灭菌模块阴阳电极30s交替互换牵引浓度变化.为符合实际工况,建立模型时通过反复迭代的方式进行求解.对流速和银离子产生速率的结果进行分析发现,银离子浓度最高部位均出现在阳极表面附近,阴阳极反复转换可有效降低电极表面附近的银离子浓度.结合理论计算结果可知,灭菌模块工作过程中不会有AgOH沉淀析出,从而确定工艺参数,指导工程设计.根据仿真结果分析给出了灭菌模块优化建议.
基于位置观测的北斗广播星历速度精度分析
常志巧, 胡小工, 时鑫, 栗靖, 马勇波, 董文丽, 邵佳妮
2018, 38(4): 553-559. doi: 10.11728/cjss2018.04.553
摘要:
利用广播星历计算导航卫星的速度向量是GNSS高精度实时测速的必要条件.本文分析了仅以卫星位置向量为观测量的北斗广播星历的速度计算精度.从广播星历拟合过程出发,推导了北斗18参数模型的速度向量计算公式.基于北斗13颗在轨卫星一年的实际轨道数据,分析了全年广播星历计算卫星速度向量的精度.结果表明,利用18参数模型计算的速度误差最大在10-4-1量级;在相同拟合时段条件下,地球静止轨道(GEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的速度精度相当,高于中圆地球轨道(MEO)卫星.通过对位置残差序列分析,得出位置残差误差较小且变化趋势平稳是广播星历计算速度精度较高的原因.分析和计算结果验证了仅用位置观测量拟合北斗广播星历算法的有效性.
空间系绳碎片碰撞生存能力研究
于子媛, 李爱军, 杨庶, 王长青
2018, 38(4): 560-566. doi: 10.11728/cjss2018.04.560
摘要:
空间系绳结构和几何尺寸对其在复杂空间环境中抵抗碎片碰撞的能力有显著影响.本文根据系绳-碎片碰撞模型和泊松分布,计算了双股系绳和带状系绳被碎片割断的概率,分析了太空碎片对系绳生存能力可能造成的影响.双股系绳是由两条平行系绳每隔一段距离打结连接构成,带状系绳可视为一种横截面为矩形的特殊单股系绳.首先对单股系绳被碎片割断的概率进行建模,然后构建双股系绳和带状系绳生存能力函数,最后根据空间碎片环境模型,对比分析具有不同结构、不同尺寸的系绳的生存能力.仿真结果表明,相较于单股系绳,双股系绳和带状系绳的生存能力有明显提高.
暗物质粒子探测卫星的集中式载荷管理系统
王连国, 朱岩, 沈卫华, 梁耀明, 滕学剑, 周昌义
2018, 38(4): 567-574. doi: 10.11728/cjss2018.04.567
摘要:
暗物质粒子探测卫星有效载荷由4种探测器组成,探测器的电子学前端共有28台设备.针对载荷设备数量多、接口复杂的特点,设计了一种通过载荷数管系统进行集中式载荷管理的方案,实现对探测器电子学前端的遥测、遥控、数据采集和二次电源供配电.同时,载荷数管系统具有大容量数据存储和高速数据复接功能,可分区存储科学数据和工程参数,在进入地面接收站时,将存储的科学数据和工程参数组成符合CCSDS协议的传输帧,经RS编码和加扰后发送给数传发射机.解决了突发式、多信源科学数据采集、存储,探测器在轨自主探测管理,大功率、低噪声二次电源配电等关键技术.该系统经过了在轨考核验证,结果表明控制和信息体系合理,自主探测管理和健康管理措施有效.
空间背景光星模拟器系统设计
徐达, 张国玉, 孙高飞
2018, 38(4): 575-582. doi: 10.11728/cjss2018.04.575
摘要:
为实现星敏感器光信号的高精度标定需求,提出了一种具有空间背景光的星敏感器地面标定系统,解决了空间背景光对星敏感器光信号定标精度的影响,提高了星敏感器的标定精度.对空间背景光对星敏感器标定精度的影响进行分析,给出了具有空间背景光的星模拟器实现方案,设计了能同时模拟空间背景光和星点位置信息的星模拟器光学系统.结果表明,该系统全视场相对畸变小于0.01%,MTF在80lp·mm-1处大于0.5,达到了高精度指标要求.设计了一套空间背景光系统,通过对电流和可变光阑的控制,实现了亮度26倍变化.提出了一种基于像差补偿的星点位置修正方法,并给出了修正模型.利用徕卡T6100经纬仪和照度计,分别对星模拟器所在的星点位置误差和空间背景光亮度进行测试.结果表明,空间背景光亮度可实现26倍调整,在最高能量和最低能量下星模拟器星点位置误差精度<10",满足星敏感器地面标定要求.
科学家访谈
中国科技创新的两个优势和两个短板——访增强型X射线时变和偏振(eXTP)空间天文台首席科学家张双南
2018, 38(4): 583-583.
摘要:
研究机构
中国科学院复杂航天系统电子信息技术重点实验室
2018, 38(4): 584-585.
摘要: