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2024年  第44卷  第3期

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空间生命学科发展战略研究
赵玉芬, 华跃进, 李一良, 孙野青, 姚伟, 郑慧琼, 郝记华, 应见喜, 陈宇综, 田兵
2024, 44(3): 387-399. doi: 10.11728/cjss2024.03.2024-yg07
摘要(486) HTML全文 (206) PDF 778KB(93) [施引文献] 来源：Crossref (1)
摘要:
空间生命学科是一门致力于研究在空间环境条件下生命起源、演化及其分布, 生命现象及其规律的学科. 该学科从理论和实验两个层面深入探讨生命起源和早期演化机制, 同时也探索地外天体生命的宜居性、存在形式等基本科学问题. 随着中国空间站、嫦娥工程和天问系列等大科学计划的实施, 中国空间生命科学研究进入了一个高速发展阶段. 本文对空间生命领域的发展态势进行了梳理, 提炼出了中国未来空间生命学科的重点发展领域, 并针对学科布局进行优化, 旨在推动空间生命科学研究的高质量发展.
搜寻第二个地球——系外地球(ET)巡天计划
葛健, 陈雯, 陈永和, 宋宗玺, 王坚, 张辉, 李岩, 臧伟呈, 周丹, 张永帅, 陈琨, 阳应权, 毛淑德, 黄煦, 药新雨, 李兴隆, 姜海娇, 于涌, 唐正宏, 董峰, 高伟, 张鸿飞, 申超, 王峰涛, 魏传新, 杨宝玉, 李豫东, 文林, 张朋军, 张聪聪, 谢基伟, 马波, 邓洪平, 刘慧根, 段旭亮, 王昊宇, 黄江江, 高扬, 王伊菲, 王磊, 秦根健, 刘欣宇, 高婕
2024, 44(3): 400-424. doi: 10.11728/cjss2024.03.yg05
摘要(1031) HTML全文 (287) PDF 12895KB(123) [施引文献] 来源：Crossref (6), 其他 (2)
摘要:
系外地球科学卫星(ET)将通过采用空间大视场超高精度测光这一关键技术在国际上率先突破生命起源中的系外地球存在及其演化这一重大前沿科学问题. ET卫星将在日地拉格朗日L2点晕(Halo)轨道部署由6台广角凌星望远镜和1台微引力透镜望远镜构成的空间天文台, 结合凌星法和微引力透镜法, 利用空间超大视场和超高精度的光学测光观测, 首次发现富有重要意义、被广泛关注的系外地球, 并确定其发生率, 对目前了解甚少的类地行星和流浪行星进行国际上第一次大规模的种群普查, 首次发现流浪地球, 并确定其发生率, 揭示类地行星和流浪行星起源, 为地外生命探寻提供候选者和新方向. ET卫星的观测结果、统计研究以及和对...
F10.7指数与Ap指数短期预报检验
陈安芹, 李沐, 郭建广, 刘丹丹, 唐伟, 赵海娟
2024, 44(3): 425-436. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0121
摘要(299) HTML全文 (134) PDF 3288KB(51)
摘要:
国家空间天气监测预警中心(NCSW)从2004年7月1日开始对用户提供空间天气预报服务, 其中包括未来24 h, 48 h和72 h的F10.7指数和Ap指数预报. 本文对2005－2022年NCSW的F10.7指数和Ap指数的预报结果进行了检验. 通过检验发现, NCSW预报的未来24 h, 48 h和72 h的F10.7指数平均比实测值偏小; 未来24 h的Ap指数平均比实测值偏大, 未来48 h和72 h的Ap指数平均比实测值偏小. 太阳活动水平越高, F10.7指数的预报误差越大; 但是Ap指数预报误差最大值反而出现在太阳活动下降段. 此外, 通过与跟报模型、14天回归模型、14天回归...
基于神经网络的未来3天Kp指数预报建模与可解释AI应用
王听雨, 罗冰显, 陈艳红, 石育榕, 王晶晶, 刘四清
2024, 44(3): 437-445. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0107
摘要(498) HTML全文 (130) PDF 1047KB(79)
摘要:
当前业务中对未来3天Kp指数预报需求强烈. 但地磁暴中多参数耦合导致难以量化各预报因子对Kp值的贡献, 制约了预报精度提升. 本文构建了神经网络3天Kp指数预报模型, 并使用人工智能(AI)可解释性算法定量化各因子贡献. 结果显示, 行星际磁场南向分量在提前3 h对Kp指数的贡献为37.15%, 为主要因子, 说明模型能捕捉符合物理特征的主要预报因子. Kp指数历史特征贡献随提前量逐渐增加, 提前3天总体贡献占68.06%, 验证了对冕洞高速流引起的地磁暴事件的预报能力. 对2015和2017年特大地磁暴进行贡献分析, 模型准确捕捉了地磁暴多参数耦合的复杂特性. 研究表明, 可解释AI算法在一...
基于范艾伦卫星观测数据的地球辐射带电子能谱分布的统计分析
王建行, 项正, 马新, 郭德宇, 董俊虎, 刘阳希子, 胡景乐, 倪彬彬
2024, 44(3): 446-457. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0070
摘要(512) HTML全文 (128) PDF 6142KB(78)
摘要:
利用范艾伦卫星2014年至2018年观测的高精度电子能谱数据, 统计分析了不同辐射带高能电子能谱类型的时空分布特征. 结果表明, 辐射带电子能谱主要被分为三类: 指数分布能谱、幂律分布能谱和反转能谱. 指数分布能谱通常在等离子体层以外占主导地位. 幂律分布能谱通常在磁暴的主相出现在高L处, 并逐渐转移到低L处. 在地磁活动平静时期, 幂律分布能谱在高L处存在时间更长, 占比更多. 反转能谱在等离子体层内L>2.5处占主导地位, 随着等离子体层层顶升高, 反转能谱增加, 指数分布能谱减少. 在长时间的地磁活动平静年份, 辐射带电子反转能谱局地峰值(约2 MeV)附近的电子通量明显较低, 反...
改进YOLOv5的闪电哨声波轻量化自动检测模型
路超, 泽仁志玛, 杨德贺, 孙晓英, 吕访贤, 冉子霖, 申旭辉
2024, 44(3): 458-473. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0067
摘要(389) HTML全文 (97) PDF 9660KB(53) [施引文献] 来源：其他 (2)
摘要:
提出一种改进YOLOv5(You-Only-Look-Once version 5)检测模型YOLOv5-Upgraded. 为了更快定位真实边框, 该模型将损失函数CIoU (Complete IoU)替换为SIoU(Scylla IoU); 同时为了避免网络训练过程中梯度消失、梯度爆炸以及神经元坏死等现象, 将激活函数SiLU(Sigmoid-weighted Linear Unit)替换为具有更好梯度流的Mish; 在主干网络中插入注意力 (Coordinate Attention, CA)机制, 帮助模型更精准地识别闪电哨声波, 大大降低了漏检率. 基于张衡一号感应磁力仪(Search...
FY3D/GNOS大气掩星探测温度与TIMED/SABER探测温度和NRLMSISE00 模式温度的比较
刘红珊, 徐寄遥, 白伟华, 何杰颖, 孙龙昌, 朱亚军, 袁韦, 高红
2024, 44(3): 474-487. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0072
摘要(368) HTML全文 (127) PDF 1490KB(44)
摘要:
大气温度数据的精确探测对于研究中高层大气的结构特征和动力学过程具有重要意义. 利用2019年1月至2021年12月共3年的FY3D掩星观测数据, 借助TIMED/SABER探测数据和NRLMSISE00大气模式数据, 对12～100 km范围内的大气温度数据进行比较. 统计分析SABER-FY3D温度偏差(TSABER–TFY3D)和NRLMSISE00-FY3D温度偏差(TNRLMSISE00–TFY3D)及其随纬度、季节的分布和南北半球的差异. 结果显示, 三种温度数据随高度变化趋势是大体一致的, SABER-FY3D温度偏差在12～30 km高度范围内为正偏差(0～1.8 K), 随高度...
基于改进CNN-BiLSTM模型和地磁监测数据的多时间长度GIC预测
蓝东亮, 陈延云, 吴影, 赵淼, 王亮, 吴伟丽, 黄冲
2024, 44(3): 488-499. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0084
摘要(255) HTML全文 (80) PDF 9248KB(18)
摘要:
太阳风暴在电力系统网络中驱动产生的GIC会影响电力设备和系统的安全运行, 严重时还会引发大面积停电事件. 预测电网GIC水平能够为电力系统保护措施提供重要参考, 然而对这方面的研究仍显不足. 为了解决该问题, 将卷积神经网络(CNN)与双向长短时记忆(BiLSTM)以及注意力机制相结合, 利用空间天气的相关监测信息, 提出了大规模电网GIC多时间长度的预测方法. 本文在分析太阳风暴驱动产生电网地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current, GIC)基础上, 构建了GIC预测模型; 提出了基于多头注意力机制的CNN-BiLSTM改进模型, 对GIC进行预测, 并给...
金星磁尾大尺度等离子体涡流
柴立晖, 郭梦丹, 唐晓谆
2024, 44(3): 500-510. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0057
摘要(322) HTML全文 (393) PDF 8250KB(145)
摘要:
已有研究发现金星磁尾的太阳风氢离子(H+)和金星电离层氧离子(O+)存在大尺度涡流结构, 该涡流从磁尾望向星球是逆时针的. 为了确定该涡流的存在性, 利用金星快车等离子体和高能原子分析仪(Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms on Venus, ASPERA-4)的Fedorov矫正数据, 分别在金星公转轨道坐标系(VSO)和太阳风电场坐标系(VSE)下对磁尾等离子体流进行了统计分析. 结果显示, 在VSO和VSE坐标系中都存在太阳风H+和金星O+的顺时针涡流结构. 但是从已有的研究结果看, 无论等离子体涡流是逆时针还是顺时针, 其产生的磁...
火星原位建造材料研究进展与展望
程杉杉, 佘伟, 高玉月, 周燕, 文世峰, 周诚
2024, 44(3): 511-524. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0137
摘要(558) HTML全文 (114) PDF 5645KB(65)
摘要:
火星风化层作为一种重要的原位自然资源, 在火星基础设施建设上具有重要作用. 基于与地球上不同的火星极端环境与火壤特殊性质, 系统研究了火星原位建造材料的物理特征与机械性质, 重点分析了火壤类混凝土材料(具体包括含硫混凝土、聚合物混凝土、地聚物混凝土与水凝胶基混凝土)、火壤熔融与烧结原位固化材料两个方面的最新研究进展. 尽管目前火星原位建造材料的研究已取得一定成果, 但仍面临诸如聚合物混凝土原位制备困难、熔融与烧结过程能耗较大, 以及在火星环境下建造材料服役性能不足等局限问题. 根据火星原位建造材料在未来的发展方向, 研究结果旨在积极推进对火星原位建造材料的深入研究, 为实现火星原位建造提供借鉴...
空间啮齿类动物培养装置及实验技术研究进展
张晶晶, 吕勇, 张涛, 刘方武
2024, 44(3): 544-555. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0096
摘要(420) HTML全文 (178) PDF 5070KB(56)
摘要:
空间动物实验是人类空间生命科学研究的重要组成部分. 一直以来, 空间动物实验为探索地球生物体在航天环境中的生命现象及活动规律、支持载人航天的可持续性发展做出了重要贡献. 随着航天工程的发展, 航天员在空间驻留的时间越来越长, 为解决人类在空间旅行中的健康问题, 各国先后开展了空间啮齿类动物实验, 研究空间环境给生命体带来的影响, 为人类空间飞行提供重要的生理和医学数据. 本文研究了国外主流的空间啮齿类动物培养装置, 根据各类装置培养动物的存活情况及死亡原因, 提出装置的不足与可改进之处; 深入分析空间啮齿类动物实验发射前、在轨、返回地面阶段的相关实验技术, 为中国空间啮齿类动物培养装置设计及动...
基于星星双中继的国际月球科研站的全时无缝通信
王振河, 孙宝升, 刘永桦, 张利民, 李澎, 上官勇, 王坚, 李超, 史江博, 姚增利
2024, 44(3): 592-605. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0129
摘要(547) HTML全文 (123) PDF 1741KB(152)
摘要:
2021年中国提出与相关国家、国际组织和国际合作伙伴共同开展国际月球科研站建设的建议, 引起多方广泛关注, 国际月球科研站工程建设按计划顺利推进. 国际月球科研站建设完成后, 与中国地面控制中心间保持全时无缝通信将是重要需求. 中国地面深空测控网设立的国外站, 长期来看可能存在一定风险, 例如降低中国地面深空测控网的可用性, 影响国际月球科研站与地面控制中心间的全时通信. 为此, 根据中国对月探测现状, 借鉴天链中继卫星系统的设计、建设、应用、发展实际, 提出一个“鹊桥–天链”星星双中继通信设想. 从几何可见性角度进行多种条件的覆盖仿真分析, 并从传输体制、链路设计、系统组成、捕获跟踪、工作流...
行星科学
嫦娥四号着陆区次表层介电特性全波形反演与仿真验证
陈书睿, 冯永玖, 童小华, 唐盼丽, 许雄, 王超, 柳思聪, 杨其全, 肖长江
2024, 44(3): 525-535. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0115
摘要(882) HTML全文 (183) PDF 4736KB(62) [施引文献] 来源：Crossref (1)
摘要:
介电特性是决定雷达波在物质中传播速度的重要参数. 嫦娥四号测月雷达提供的高垂向分辨率次表层雷达剖面信息有助于加深对月球次表层物质介电特性的理解与认识. 全波形反演法充分利用雷达波场的运动学和动力学信息, 根据雷达波模拟结果与真实数据的差异计算更新参数, 迭代初始介电模型实现对次表层介电剖面的反演. 本文结合嫦娥四号测月雷达数据与时域有限差分方法下均质模型和随机等效介质模型的雷达回波特性, 确定随机等效介质模型能够更好地模拟嫦娥四号着陆区次表层物质的介电特性. 全波形方法反演的介电模型与真实模型在大部分区域的相对介电常数误差小于0.2, 为反演月壤厚度及构建次表层温度模型提供了重要的数据支撑.
微重力与空间生命科学
微重力条件下PCM液桥内固液相变过程及热毛细对流数值模拟
张永春, 董文利, 孙涛, 高胤宇, 李至柔, 段文豪, 周小明
2024, 44(3): 536-543. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0105
摘要(370) HTML全文 (91) PDF 2707KB(34)
摘要:
为揭示微重力条件下PCM液桥相变过程流动特征及相变演化规律, 建立PCM液桥数理模型, 采用数值模拟的方法系统研究了不同工况下PCM液桥相变过程中固液界面的演化过程, 分析不同高径比和温差对液桥形状、固液界面演化规律、相变速度和热毛细流动的影响. 研究结果显示, 在大温差条件下热毛细流动更加强烈, 处于外部壁面处的相变材料的相变速度也会更快, 外壁处的相变界面与壁面的夹角会更小. 大高径比条件下会有同样的效果, 同时也会产生更多的涡胞结构, 热毛细对流效果更明显. 结果表明, 微重力条件下通过流体界面热毛细效应强化PCM相变是一种有效的方法.
空间探测技术
共线平动点中心流形上的轨道转移问题
杨富涛, 张汉清
2024, 44(3): 556-569. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0098
摘要(254) HTML全文 (72) PDF 8174KB(36)
摘要:
圆形限制性三体问题共线平动点附近的平动点轨道由于其独特的动力学特性, 在深空探测任务中有着重要价值, 这些轨道间的轨道转移问题值得进行系统性研究. 针对平动点轨道的计算与延拓, 提出了一种基于数值的系统性计算平动点轨道的方法以及状态伴随法的轨道稳定维持策略. 在此基础上, 通过对大量平动点轨道不变流形以及平动点相空间中心流形的研究, 设计了一套通过脉冲机动实现平动点轨道间轨道转移的系统性解决方案. 该方法充分利用平动点动力学特性, 在仿真验证中证实了方案的有效性, 为平动点轨道转移研究提供了新的思路.
一种基于递推最小二乘法的运动平台剩磁差分测量与估计方法
朱明慧, 谷鹏, 高东
2024, 44(3): 570-584. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0002
摘要(299) HTML全文 (101) PDF 2176KB(66) [施引文献] 来源：其他 (1)
摘要:
地磁导航是通过对地球周围矢量磁场进行测量从而实现导航的一种方法. 地磁导航在运动平台上应用的难点之一是平台剩磁对地磁测量的影响, 严重污染了磁强计的测量. 消除平台剩磁对地磁测量的影响成为地磁导航向应用转化的一项关键技术. 为实现运动平台剩磁的有效测量与估计, 提出了基于递推最小二乘法的运动平台剩磁差分测量与估计方法. 基于载体干扰磁场值只与测量点到磁偶极子的距离和磁偶极子的磁矩有关的结论, 根据磁偶极子的磁场分布特性, 推导出一种基于内置磁强计阵列的运动平台剩磁差分估计模型, 并通过递推最小二乘法求解差分估计模型. 大量仿真实验表明, 可以通过内置阵列磁强计对平台剩磁进行测量与估计, 验证了...
QX-1 GNOS M掩星数据质量分析
刘智勇, 刘森, 王玺, 张水平
2024, 44(3): 585-591. doi: 10.11728/cjss2024.03.2023-0071
摘要(360) HTML全文 (124) PDF 3644KB(50)
摘要:
QX-1 GNOS M是首台在轨实现北斗、GPS和Galileo三系统兼容的小型商业化全球导航卫星掩星探测仪. 2021年10月14日18:51 LT, 气象一号(QX-1)卫星发射并入轨. 自发射以来, 该卫星已收集大量观测数据. 基于QX-1 GNOS M的结构组成及性能, 统计分析了2022年8月17日全天的掩星事件及其全球分布情况. 通过将8月17日至9月3日的掩星数据与NCEP再分析模式对比, 评估QX-1掩星事件的探测穿透深度和折射率精度, 同时检验Galileo掩星数据的可靠性和一致性. 初步分析结果表明, QX-1 GNOS M在实现三系统兼容后, 掩星事件数量相较于仅使用GP...

期刊介绍

ISSN 0254-6124       CN 11-1783/V

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