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2019年  第39卷  第5期

前沿动态
NASA遴选两项新的太阳物理任务
王海名
2019, 39(5): 565-565.
摘要:
慧眼卫星成功进行X射线脉冲星导航在轨实验
李大庆
2019, 39(5): 565-565.
摘要:
欧美将合作建立增强型空间天气预报系统
王海名
2019, 39(5): 566-566.
摘要:
空间环境地基综合监测网项目(子午工程二期)正式启动
倪思洁
2019, 39(5): 566-566.
摘要:
NASA遴选12项月球探测载荷
韩淋
2019, 39(5): 567-567.
摘要:
NASA遴选出5项地基物理科学研究
韩淋
2019, 39(5): 568-568.
摘要:
美俄专家探究空间辐射与航天员癌症发病率的关系
范唯唯
2019, 39(5): 568-568.
摘要:
印度成功发射Chandrayaan-2
范唯唯
2019, 39(5): 568-568.
摘要:
发展战略
NASA发布国际空间站商业化计划
中国载人航天工程网
2019, 39(5): 569-569.
摘要:
美国众议院召开空间科学十年调查听证会
韩淋
2019, 39(5): 570-570.
摘要:
俄罗斯启动2019年度航天员选拔工作
范唯唯
2019, 39(5): 571-571.
摘要:
中国载人航天工程办公室发布首批中国空间站空间科学实验
中国载人航天工程网
2019, 39(5): 572-572.
摘要:
研究论文
太阳风动压脉冲结构的方向与种类统计研究
阮梦思, 左平兵
2019, 39(5): 573-581. doi: 10.11728/cjss2019.05.573
摘要:
基于WIND飞船1995-2014年观测到的13042例非激波太阳风动压脉冲结构(Dynamic Pressure Pulse,DPP)事件列表,统计分析DPP事件法向分布特征,讨论其种类分布.研究发现:DPP事件上下游磁场矢量之间的夹角分布统计上呈双幂律谱分布;60.46%的非激波DPP事件法向矢量的倾斜角-方向角(θn-φn)主要集中分布在-50° ≤θn≤ 50°,160° ≤φn≤ 250°的区域内;θnn分布图的中心位置大概为(-22.83°,186.59°);根据DPP的上下游磁场变化特征,可将DPP分为切向间断(TD)、旋转间断(RD)、混合间断(ED)及其他间断(ND)结构,四者所占比例分别为46.42%,19.53%,27.47%,6.58%.统计结果表明DPP事件TD占优.此外,TD/RD数量的比值在太阳活动低年时明显偏大.研究结果可为下一步准确预报DPP到磁层的传播时间以及探究DPP的形成机理等提供观测依据.
基于活动区面积统计的F10.7指数预报方法
叶茜, 宋乔, 薛炳森
2019, 39(5): 582-590. doi: 10.11728/cjss2019.05.582
摘要:
太阳10.7cm射电流量(F10.7)是反映太阳整体活动的重要指标,其主要源头是日面活动区.F10.7指数与日面活动区具有显著的相关性,且不同面积的活动区与F10.7并不遵循相同的线性关系.为进一步提高F10.7预报的准确性,利用日面活动区面积与F10.7的相关性,依据面积大小分类,提出F10.7的预报公式并进行验证.采用2008-2018年SWPC (Space Weather Prediction Center)公布的活动区面积数据和CSWFC (Canadan Space Weather Forecast Center)公布的F10.7实测数据计算预报公式系数,利用高年(2003年)和低年(1997年)的F10.7预报验证其结果.研究结果表明,预报结果与实测值的相关系数分别为0.9318和0.9295,二者皆优于SWPC同时期的预报结果(相关系数分别为0.9186和0.8771).本研究首次基于活动区的变化预测了F10.7,提高了F10.7预测的准确性.
2011年8月4日螺旋状日冕物质抛射爆发事件
叶煜东
2019, 39(5): 591-602. doi: 10.11728/cjss2019.05.591
摘要:
利用多卫星多波段的综合观测数据,通过追踪光球表面等离子体速度分析计算了耀斑爆发前后磁螺度的变化,发现耀斑爆发前活动区中光球表面存在强的水平剪切运动,活动区磁螺度的注入主要由这种剪切运动所产生;使用CESE-MHD-NLFFF重建了耀斑爆发前后活动区的磁场位形,推测出耀斑过程中存在磁绳结构的抛射.基于这些分析,给出了这一螺旋状抛射结构的形成机制:爆发前暗条西侧足点的持续剪切运动驱动磁通量绳增加扭转,高度扭缠的通量绳与东侧足点附近的开放磁力线重联并与东侧足点断开,进而向外抛出并伴随解螺旋运动.另外,利用1AU处WIND卫星的观测数据在对应的行星际日冕物质抛射中找到典型磁云的观测特征.这表明除了传统上双足点均在太阳表面的磁云模型,这种单足点固定于太阳表面的磁通量绳爆发图景同样可能在行星系际空间形成磁云结构.研究结果对进一步认识磁云结构具有重要意义.
利用Cluster卫星磁尾单事例研究具有复杂核心磁场结构的磁通量绳
王洋
2019, 39(5): 603-612. doi: 10.11728/cjss2019.05.603
摘要:
2002年8月28日09:50UT-10:50UT,Cluster卫星在地球磁尾观测到一次导向场磁场重联事件.卫星观测到磁场重联扩散区附近清晰的霍尔(Hall)四极型磁结构.由于导向场的存在,该四极型结构被扭曲变形.在该磁场重联事件中,卫星观测到多个磁通量绳,大部分磁通量绳的核心场极性与导向场极性一致.但是,其中一例磁通量绳的核心场结构极性较复杂.该例磁通量绳中心区域核心场强度出现峰值,核心场极性和导向场极性一致;中心以外区域的核心场极性和导向场极性相反.这种复杂核心场结构以前未见报道.通过最小方向导数法,发现该磁通量绳的轴向是弯曲的.C1和C3卫星穿越了磁通量绳弯曲部分,探测到核心场极性变化;C2和C4卫星位于C1和C3卫星的北侧,仅穿越了磁通量绳弯曲处的一部分,故核心场具有单极性.
基于一维模型的高频电波加热电离层F层数值研究
高泽, 方涵先, 刘赛赛, 孙凌峰, 白钧水, 马杰
2019, 39(5): 613-622. doi: 10.11728/cjss2019.05.613
摘要:
基于电离层一维仿真加热模型,详细介绍了模型中电子的动量方程、连续性方程、能量方程和各类参量表达式,利用对角矩阵追赶法数值求解电离层F层加热过程,分析了不同时次电子数密度和电子温度的变化,讨论了不同频率和不同功率电波加热的情形.结果表明:当高频电波加热高电离层时,电子温度迅速增加,并很快趋近于饱和状态;电子密度的变化较为迟缓,但在加热过程中其变化幅度却越来越大;电子密度变化量在沿磁场方向上形成空洞和上下稠团两峰一谷构型;频率越大、功率越高的电波加热时,电子密度的变化也越大,但存在一适值频率的电波对电子温度的影响最小.
电离层中释放六氟化硫的流场及试验效应模拟
谢守志, 赵海生, 薛昆, 许正文
2019, 39(5): 623-628. doi: 10.11728/cjss2019.05.623
摘要:
在电离层中释放六氟化硫时,释放初期的六氟化硫流速及流量等条件是影响释放效应仿真的重要因素,对仿真结果的准确性具有一定的影响.传统的六氟化硫释放引起的电离层效应仿真中并未讨论.基于Fluent流场仿真软件,针对不同释放初始条件并结合六氟化硫容器的结构,对六氟化硫释放过程中温度、压强以及喷口流速、流量等参数变化情况进行仿真计算,得到了以上参量在释放过程中的变化情况,并将其作为电离层化学物质释放三维动力学模型的初始参数,获得了更加精确的六氟化硫电离层释放效应仿真结果.
基于电子密度同化的热层大气密度预报方法
张亚楠, 吴小成, 胡雄
2019, 39(5): 629-637. doi: 10.11728/cjss2019.05.629
摘要:
采用热层电离层耦合模式TIEGCM和集合卡尔曼滤波同化方法,利用同化COSMIC电离层掩星电子密度数据优化热层电离层参量,并将模式预报的大气密度与CHAMP卫星大气密度数据进行对比,分别开展模拟和实测数据的同化预报实验.在模拟数据同化实验中,状态向量包含温度、风场和离子成分的实验结果表明,仅优化温度即可达到最优的热层大气密度预报效果.在实测数据同化实验中,将温度作为状态向量参数,优化结果表明,循环同化过程中模式预报的大气密度相对偏差的均方根误差在48h内从38%减小到27%,同化稳定时间至少需要30h.预报过程中大气密度预报效果的改善持续时间为34h.这表明电子密度同化能够改善热层大气密度的预报精度,设计的实验方案合理可行,可获得较长的预报时效.
HASDM修正方法分析与评估
刘卫, 龚建村, 刘四清, 王荣兰, 罗冰显
2019, 39(5): 638-647. doi: 10.11728/cjss2019.05.638
摘要:
分析Jacchia70(J70)热层模式原理、美国空军高精度卫星拖曳模型(HASDM)的修正方法及选取球面调和函数的原因.推导模式密度对球谐系数(SH)的偏导数,给出利用模式密度泰勒展开进行线性化处理、迭代求解球谐系数的具体过程.针对2003年10月29日大磁暴事件,基于CHAMP和GRACE A/B卫星加速度计实测密度,进行修正方法的性能评估.统计相对误差的均值及标准差变化:改进前分别为-81.7%,74.4%;改进后分别为-5.9%,53.1%,验证了改进算法的有效性.从热层上下边界温度角度,详细分析了热层模式动态修正原理,研究结果为类HASDM修正模式的工程应用提供了理论基础.
空间与地面炉内压力和加热功率对炉内温场的影响
汤美波, 艾飞, 杨莉萍, 潘秀红, 温海琴, 张明辉, 盖立君, 雷磊, 邓伟杰, 陈锟, 刘岩, 于强, 李维宁, 赵勋峰
2019, 39(5): 648-654. doi: 10.11728/cjss2019.05.648
摘要:
天宫二号空间综合材料实验装置的炉内压力和加热功率均影响炉内温场.针对空间与地面对比实验,分析了炉内压力和温场相同时炉丝加热功率的变化,以及炉内温场和炉丝加热功率相同时炉内压力的变化.地面实验时,炉内气体被炉丝加热后,由于重力作用产生对流,从而影响炉膛温度.炉内压力为1atm时,空间与地面实验的加热功率比约为97.5%.空间实验时,由于对流效应减弱,炉内压力变化对其最高温度影响减小.空间与地面的对比实验结果表明,地面炉内压力为空间炉内压力(1atm)的50%时,空间与地面实验的加热功率和温场等参数接近一致.这对于空间高温材料实验装置设计具有重要指导和参考意义.
硬质落球大气探测技术
韩连刚, 杨明星, 齐鑫, 王珂, 桂苏嘉
2019, 39(5): 655-661. doi: 10.11728/cjss2019.05.655
摘要:
为拓展大气探测高度范围,开展了硬质落球大气探测技术研究.以7inch硬质落球为例,开展了弹道仿真计算,进一步利用参考大气数据推算了落球可能承受的气动阻力加速度,显现出对加速度测量准确性的高要求;分析了杆臂效应引入的附加加速度及其对加速度测量结果的干扰程度;讨论了几种典型的阻力系数计算方法及其计算偏差状况;考虑了可能的电磁兼容风险及小型化设计与制造的必要性.基于落球工作机理与上述关键技术、特性的分析与研究,完成了一种硬质落球设计,确定了运动参数的测量方法、杆臂效应的抑制措施,明确了落球总体性能指标.通过演示验证飞行试验实测数据与仿真数据的对比分析,证明了技术方案的可行性、合理性、实际测量结果与预期的符合性.
MGEX北斗差分码偏差两种精确处理方法对比分析
梅登奎, 闻德保
2019, 39(5): 662-669. doi: 10.11728/cjss2019.05.662
摘要:
差分码偏差是北斗卫星导航系统(BDS)在高精度定位和电离层建模中需精确处理的系统误差之一.利用MGEX发布的2017年全年和2018年6月的BDS卫星的差分码偏差数据,比较分析了DLR和CAS分别解算的BDS卫星差分码偏差的日解值、月平均值和稳定性的变化特性.分析结果表明,DLR与CAS估算的BDS卫星差分码偏差值差异不大,具有较好的一致性;2017年CAS估算的BDS卫星C2I-C6I差分码偏差稳定性略优于DLR,C2I-C7I差分码偏差稳定性与DLR相当,且均具有较高稳定性;2018年6月DLR C2I-C6I差分码偏差月平均值稳定性优于CAS;C2I-C7I差分码偏差的稳定性明显优于C2I-C6I差分码偏差,卫星差分码偏差月平均值稳定性优于日解值稳定性.
基于扩张状态观测器的无拖曳系统参数辨识
章楚, 贺建武, 段俐
2019, 39(5): 670-676. doi: 10.11728/cjss2019.05.670
摘要:
分析了卫星无拖曳控制系统的在轨参数辨识问题,由于无拖曳系统的不稳定性质,需要设计控制器使其稳定,在此基础上进行闭环辨识.根据自抗扰控制原理,设计了扩张状态观测器以估计系统不同控制回路的扰动和状态,基于状态和扰动估计值设计控制器使系统稳定.提出了基于扩张状态观测器(ESO)的多输入多输出系统闭环参数辨识方法.为提高实际应用中的辨识效果,引入积分型滤波器对观测状态中的噪声进行抑制.将这种方法应用于类似LISA Pathfinder的单轴无拖曳模型,对系统动力学参数进行估计,通过数值仿真实验验证了该辨识方法的有效性和实用性.
基于分形的宽带漏波天线研究
张立芳, 王宏建, 刘洋
2019, 39(5): 677-683. doi: 10.11728/cjss2019.05.677
摘要:
设计了一种新型的具有宽频带特性的微带平面漏波天线.该天线由基片集成波导喇叭、抛物面结构和一组30×10单元的微带贴片阵列组成.分析比较了普通贴片和分形结构贴片天线的带宽和辐射特性,发现具有分形结构单元的天线具有更宽的频带和更好的辐射特性.仿真结果表明,采用Minkowski准分形结构贴片单元的漏波天线在18~22GHz内回波损耗都大于10dB,带内增益可达17dB.实测结果表明,天线在18~22GHz内回波损耗大于10dB,在20GHz增益为14dB,适合于卫星应用.这为将其用作对地观测卫星数传天线提供了新的理论支撑.该新型微带平面漏波天线具有高增益、宽频带、小体积、轻质量和波束扫描等优势,可作为航天器天线的优选.
Research on Rigid-flexible Coupling Dynamics of Flexible Cone-probe Docking Mechanism
HAN Wei, JIANG Zhijie, HUANG Yiyong, CHEN Xiaoqian
2019, 39(5): 684-693. doi: 10.11728/cjss2019.05.684
摘要:
In this paper,a new kind of flexible cone composed of the thin-walled plates based on space probe-cone docking mechanism for small-sized spacecraft is presented.The theoretical model of docking impact dynamics,which takes into account the additional stiffness terms,is derived based on Lagrange Analytical Mechanics theory and Hertz contact theory.Finite element method is employed for the discretization of the thin-walled plate.The results show that the traditional dynamic model without considering the additional stiffness terms will be difficult to reach steady state.The method proposed in this paper can correctly predict the dynamic behavior of the system.
基于FPGA的CCSDS星载数据无损压缩系统设计
孙建伟, 张忠伟, 郑铁, 薛长斌, 陈聪
2019, 39(5): 694-700. doi: 10.11728/cjss2019.05.694
摘要:
星载数据的无损压缩对星载数据的存储和传输具有重要意义.CCSDS推荐的RICE算法对于实现数据的无损压缩具有很好的效果.本文针对RICE算法中k值选择算法计算量大的缺点,利用预处理样本最大值优化k值的方法,使优化后的算法计算复杂度更低,资源占用率更小,运行时间更短,但压缩比相近.利用FPGA进行硬件实现并通过仿真和试验测试,使星载数据的压缩比达到1.5以上,可以满足星载系统对数据压缩的要求,为星上其他载荷提供更多资源.
火星信道衰落特性对通信链路预算的影响
杜艺颖, 姚秀娟, 范亚楠, 闫毅, 高翔
2019, 39(5): 701-708. doi: 10.11728/cjss2019.05.701
摘要:
对火星星体段的信道衰落特性进行研究.通过对近火段自然环境因素的分析,提取影响火星通信性能的因素,重点分析火星的大气、云雾、沙尘对通信信道的衰落作用机理;并以NASA实际火星探测任务为例,针对以上衰落因素对UHF,S,X和Ka频段下的通信链路影响情况进行仿真;结合实际探测数据对地球通信链路预算模型进行修正,提出一种适用于火星通信链路预算的模型;明确火星大气衰落、云雾衰落、沙尘衰落的取值范围.研究结果可作为火星及其他深空探测任务的通信系统设计与链路复核复算的参考.
科学家访谈
国家的需要就是我的选择——中国科学院院士欧阳自远先生自述
欧阳自远
2019, 39(5): 709-710.
摘要:
研究机构
航天医学基础与应用国家重点实验室
2019, 39(5): 711-712.
摘要: