空间科学学报

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尹耀, 李依洋, 黄狮勇, 徐思博, 袁志刚, 吴红红, 姜奎, 熊启洋, 林仁桐

2025, 45(2): 253-265. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0100

摘要(239) HTML全文 (84) PDF 3859KB(66)

摘要:
太阳活动作为太阳大气层中能量释放和物质运动的显著表现形式, 是空间天气的主要扰动源, 以太阳黑子为代表的剧烈太阳活动可能导致近地空间环境的剧烈变化, 进而对人类的生产生活产生深远影响. 准确、高效地预报空间天气有助于减少其对人类生产生活的影响. 本文利用2010－2017年太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory, SDO)搭载的HMI仪器观测的连续谱图和磁图数据, 建立了基于压缩激励模块和深度残差网络的太阳黑子威尔逊山磁类型分类模型. 为了有效避免因时间序列连续性导致的模型过拟合问题, 采用时序分割法划分数据集, 并结合太阳黑子图像的特点应用了数据增强策略, 以提高模型的泛化能力. 结果表明, 提出的模型能够较准确地完成太阳黑子磁分类任务, 尤其是在复杂类型黑子的识别方面, 相较于传统方法其识别能力得到了显著的提升. 此外, 使用类激活映射方法对测试集样本进行了可视化研究, 分析了模型提取到的特征图像和分类依据, 从而提高模型的可解释性.

CN-DARN高频雷达观测数据初步分析

李航, 张佼佼, 王玮, 邓翔, 蓝爱兰, 张润芝, 阎敬业, 王赤

2025, 45(2): 266-276. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0057

摘要(413) HTML全文 (141) PDF 4946KB(95)

摘要:
中国双极光雷达网(CN-DARN)分别在内蒙古自治区四子王旗、吉林省龙井市和新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和静县布设了3站6部高频相干散射雷达. 四子王旗东雷达(SZE)、四子王旗西雷达(SZW)、龙井东雷达(LJE)、龙井西雷达(LJW)、和静东雷达(HJE)以及和静西雷达(HJW). 按照雷达站建设的时间线, 依次给出了各雷达在地磁平静期和磁暴期的观测结果, 并将雷达观测结果与国际上其他SuperDARN雷达, 例如佳木斯雷达(JME)、北海道雷达(HOK)等数据进行对比分析. 进一步, 利用磁暴期间全部北半球SuperDARN雷达观测数据获取北半球电离层对流图, 分析结果表明CN-DARN观测的等离子体对流符合磁暴期间电离层对流典型特征. 分析证实了CN-DARN高频雷达数据的有效性, 为后续中纬高频雷达数据的科学产出奠定了基础.

基于守恒约束物理信息神经网络的刚性化学动力学长时模拟

方涵敏, 黄文龙, 王子寒

2025, 45(2): 277-287. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0149

摘要(234) HTML全文 (52) PDF 3935KB(19)

摘要:
刚性化学动力学方程在空间科学、大气科学等领域具有重要意义. 近年来, 物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Network, PINN)作为一种融合物理定律与深度学习的框架, 被广泛应用于求解各种偏微分方程. 然而, 在求解刚性化学动力学方程时, PINN将出现优化失败, 难以有效求解. 为解决该问题, 本文提出一种新的守恒约束PINN方法. 该方法利用共享–分支网络有效处理耦合问题, 通过引入物质守恒约束显著提升刚性化学动力学方程的求解性能. 同时, 分段采样策略进一步增强长时模拟的精度和稳定性. 实验结果表明, 该方法能够在多时间尺度的复杂系统中实现长时稳定模拟, 为解决空间科学中的问题(例如无碰撞等离子体波动和星际物质化学反应)提供了一种新的方法.

毅力号火星车矿物探测与样品采集进展(2021－2024年)

黄文博, 曹海军, 辛艳青, 曾小家, 陈剑, 刘平, 苏鸣宇, 张睿泽, 曲洪坤, 石二彬, 刘长卿, 许学森, 凌宗成, 吴兴

2025, 45(2): 288-309. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0119

摘要(461) HTML全文 (102) PDF 13055KB(95)

摘要:
美国NASA毅力号 (Perseverance) 火星车于2021年2月18日在杰泽罗 (Jezero) 撞击坑 (18.4°N, 77.7°E) 成功着陆, 目前已运行近4年, 取得了丰富的科学发现和研究成果. 毅力号搭载的四台光谱载荷 (SuperCam, Mastcam-Z, SHERLOC, PIXL) 为探测杰泽罗撞击坑表面物质成分和潜在的生命遗迹提供了丰富的数据, 有助于深入认识火星的物质成分、岩石成因及区域地质演化历史等. 本文系统综述了毅力号的科学探测进展, 重点介绍了其搭载的光谱载荷及在杰泽罗撞击坑内四个科学探索阶段 (包括撞击坑坑底、沉积扇边缘、沉积扇上部和撞击坑边缘) 的矿物探测进展, 并分析了毅力号火星车采集的不同类型样品组成特征及其潜在的科学价值. 研究结果可为中国天问三号火星探测和采样返回任务提供重要的科学参考.

火星富CO₂大气环境下NaY沸石吸附分子污染物机制研究

冯爱虎, 戴洁燕, 高旭, 张青春, 于云

2025, 45(2): 310-316. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0161

摘要(185) HTML全文 (64) PDF 5631KB(16)

摘要:
利用多孔沸石分子筛实时收集空间分子污染物, 是解决在轨航天器空间分子污染的新方法. 除高真空环境外, 飞行任务阶段的火星探测器还面临特殊的富CO₂大气环境. 为了克服空间分子污染物对火星探测器的高灵敏分析仪及其他光学敏感部件造成的污染, 同时降低分子污染物掩盖潜在生命迹象或导致假阳性结果的可能性, 需要验证沸石分子筛是否可以应用于火星探测器. 针对火星探测器面临的特殊火星大气环境, 本文重点开展富CO₂大气环境下, NaY沸石分子筛对空间分子污染物的吸附作用机制研究. 选用甲苯(C₇H₈)作为目标分子污染物, 模拟证实CO₂分子主要吸附于NaY沸石β笼位点, 甲苯分子则优先吸附于超笼位点, CO₂分子的存在并不影响甲苯分子的吸附. 因此, 在火星富CO₂大气条件下, NaY沸石分子筛可以应用于火星探测器, 用于控制空间分子污染物水平.

基于NRHO的月球全球定位系统星座研究

晋守聪, 程潏, 刘磊, 陈钢

2025, 45(2): 317-327. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0151

摘要(132) HTML全文 (90) PDF 3993KB(23)

摘要:
针对未来月球探测与开发等任务对月球全球定位服务的需求, 利用近直线晕轨道(NRHO)特殊的轨道空间几何特性, 提出了以地月系NRHO作为参考轨道的月球全球定位系统(LGPS). 首先, 考虑轨道分布、卫星数目、轨道尺寸等星座构型参数, 设计了多个星座构型方案; 然后, 从可见星数目、月球全球覆盖特性以及几何精度因子(GDOP)等方面, 分析了不同构型参数对LGPS星座导航性能的影响. 仿真结果表明, 与Halo轨道相比, 基于NRHO的LGPS在月球高纬度区域, 尤其是对月球极区, 具有更优的持续覆盖能力和定位精度, GDOP可达3以内. 本文研究可对未来的月球开发任务提供导航定位方面的技术参考.

基于Apollo月壤样品二向反射测量数据的光度学分析

谷亚亚, 杨亚洲, 刘建忠, 张莉

2025, 45(2): 328-339. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0153

摘要(253) HTML全文 (92) PDF 4086KB(36)

摘要:
了解不同观测角度下的月壤光散射特征, 不仅可以为月表光谱数据的光度校正或解混提供参考依据, 还可以帮助解译月壤物质的化学特性或物理性质. Hapke模型被广泛地应用于月表光度学分析中, 但不同研究中所选取的模型参数组合不同, 导致得到的月壤光度参数存在差异, 无法进行直接的对比分析. 为了更好地理解月壤光度特性, 基于6个不同Apollo月壤样品的二向反射测量数据, 选用不同参数组合的Hapke模型进行光度学分析, 获取了月海和高地月壤的光度参数. 同时, 对比了二项勒让德形式相函数与Henyey-Greenstein相函数, 以及3参数与5参数Hapke模型在月壤光度学分析中的适用性. 分析结果可为月壤光谱数据处理过程中的模型选择与后续解译提供参考.

星载W波段多普勒雷达云内大气风场探测信号仿真研究

叶晗, 张子瑾, 董晓龙, 朱迪, 张敬钰

2025, 45(2): 340-352. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0189

摘要(171) HTML全文 (50) PDF 2745KB(23)

摘要:
全球三维大气风场探测对提升数值天气预报精度、增强气象灾害预警能力及保障航空航天安全具有关键作用. 本文建立了一套星载W波段多普勒雷达云内大气风场探测信号仿真系统, 通过输入实际场景的大气廓线数据, 仿真雷达回波信号, 进而利用回波信号估计径向风速, 并分析了信噪比和脉冲累积数对径向风速估计精度的影响. 结果表明, 对于星载W波段多普勒雷达, 当极化脉冲间隔不大于20 μs时, 极化分集脉冲对技术可实现0～40 m·s^–1的风速探测范围, 有效获取云内高风速产品; 径向风速估计精度随脉冲累积数的增加和信噪比的增大而提升; 在本文雷达系统指标条件下, 当信噪比为0 dB, 脉冲累积数为64时, 径向风速估计精度为1.34 m·s^–1, 能够满足数值天气预报2 m·s^–1的测风精度要求.

风云三号E星GNSS-R反演有效波高敏感性分析

黄飞雄, 夏俊明, 尹聪, 孙越强, 白伟华, 翟晓春, 徐娜, 陈林, 胡秀清

2025, 45(2): 353-363. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0093

摘要(478) HTML全文 (98) PDF 5084KB(72)

摘要:
星载全球导航卫星反射遥感(GNSS-R)是一种利用导航卫星L波段信号前向准镜面反射的新型海洋遥感技术. 通过对比GNSS-R技术与其他微波遥感技术的异同, 在测量方法上提出了两种GNSS-R反演有效波高的技术路线. 一种为基于GNSS-R归一化时延波形前沿斜率的直接测量方法, 另一种为基于GNSS-R海面粗糙度的间接测量方法. 通过理论分析, 结合风云三号E星实测数据, 分析了两种方法的可行性和敏感性. 结果表明, 受限于当前体制下的GNSS信号带宽, GNSS-R测距精度不足, 其波形前沿斜率对有效波高几乎无敏感性, 无法用于反演; GNSS-R测量的海面粗糙度可以用于反演有效波高, 精度为0.5～0.55 m, 虽然也存在一定的局限性, 但可作为一种获取有效波高数据的良好补充手段. 研究结果可为后续GNSS-R卫星任务的设计提供指导.

风云三号D星微波湿度计在台风“摩羯”预报中的效果解析

冯雨萱, 何杰颖, 马刚

2025, 45(2): 364-382. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0201

摘要(164) HTML全文 (48) PDF 13024KB(14)

摘要:
2411号台风“摩羯”于2024年9月登陆中国东南沿海地区, 风云三号D星(FY-3D)微波湿度计(MWHS-II)成功监测到该台风. 本研究在天气研究与预报模式数据同化系统(Weather Research and Forecasting model Data Assimilation system, WRFDA)中构建了晴空条件下FY-3D MWHS-II资料三维变分同化框架, 通过设置118 GHz, 183 GHz单频段以及双频段联合同化及预报试验方案, 系统评估了MWHS-II资料同化对台风“摩羯”的强度、路径及降水预报效果. 试验表明, 同化FY-3D MWHS-II资料有效提升了分析场质量, 对台风强度、路径和降水的预报也产生了积极影响. 台风预报方面, 同化118 GHz和183 GHz通道对台风路径预报分别改进了17.18%和13.39%, 洋面区域的183 GHz同化更使得路径预报改进率达到14.59%; 降水预报方面, MWHS-II资料同化显著提升初期24 h内中小雨量级(<25 mm)预报命中率, 其中118 GHz通道对强降水(>50 mm)预报表现出独特优势; 183 GHz通道的改进效应在24 h后逐步显现, 而双频段联合同化方案展现出综合优势, 各量级降水的降水分数技能得分(Fractions Skill Scores, FSS)相比控制试验提升显著. FY-3D MWHS-II的118 GHz和183 GHz频段在不同预报要素上的差异化改进效果, 突显了FY-3D MWHS-II资料在区域台风数值预报中的独特应用价值及应用潜力.

旋转体制微波散射计性能仿真和热带气旋观测研究

董字名, 徐星欧, 刘璐

2025, 45(2): 383-396. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0165

摘要(185) HTML全文 (50) PDF 3581KB(14)

摘要:
高风速风场, 特别是热带气旋风场的散射计观测长期备受关注. 本研究针对我国业务化运行的两种散射计——旋转扇形波束体制散射计和旋转笔形波束体制散射计, 通过系统仿真方法分析其在不同风速条件下的后向散射系数测量精度和风场反演性能, 并评估其对热带气旋的观测能力. 参考现有在轨运行散射计参数得到的实验结果表明, 旋转扇形波束体制散射计各观测视数能够取得更多独立观测样本数, 在20 m·s^–1以上高风速风场的后向散射系数测量和风场反演仿真中性能表现更佳. 而旋转笔形波束体制散射计各观测视数拥有更大的归一化信噪比, 在低于20 m·s^–1的低风速和中等风速风场观测仿真中性能表现更佳. 研究揭示了两种散射计体制在不同风速区间的性能特点, 对高风速风场反演及热带气旋观测有重要参考意义, 同时, 结论也为后续不同体制散射计设计和信号处理算法改进研究奠定了基础.

基于置信学习互导框架的小样本条件下森林扰动类型遥感分类

严燕, 吴伶, 李军集, 赵于鑫, 叶昕

2025, 45(2): 397-412. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0146

摘要(184) HTML全文 (63) PDF 6373KB(12)

摘要:
遥感技术作为地球系统和空间信息科学研究的核心手段, 提高了人类对地球系统变化的理解, 而开展地表重要组成部分——森林生态系统的扰动监测与分类研究可更精准高效. 但受限于样本标注繁重和变化稀疏限制标注数量. 本研究提出基于置信学习互导框架的小样本条件下森林扰动类型分类方法. 利用2000－2021年Landsat数据与连续变化检测与分类(Continuous Change Detection and Classification, CCDC)算法检测森林扰动获得大量未标注数据, 结合少量样本及基于随机森林(Random Forest, RF)和梯度提升(Categorical Boosting, CatBoost)分类器构建的互导框架, 以迭代方式通过置信学习从未标注数据中筛选高置信度数据, 扩充对方标注样本集, 互相指导分类, 进而提升分类精度. 结果表明, 该方法总体分类精度达91.4%, 较单一分类器提升5%, 在小样本条件下表现出优异性能, 为森林扰动类型分类研究提供了高效、可靠的解决方案.

微波遥感与红外高光谱遥感联合应用的进展与展望

李旌阳, 何杰颖

2025, 45(2): 413-423. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0195

摘要(174) HTML全文 (51) PDF 2706KB(12)

摘要:
随着地球科学研究的深入, 单一遥感技术由于物理机制的限制, 难以满足复杂地球系统观测对精度、时空分辨率和数据维度的需求. 本研究对微波遥感与红外高光谱遥感的结合应用进行综述, 通过分析相关文献, 探讨了两种技术的基础原理与特性, 总结其在灾害管理和生态环境监测中的应用现状, 梳理多传感器融合的技术进展, 并分析其面临的主要挑战, 包括时空分辨率差异、多传感器校准与数据处理复杂性等问题. 研究表明, 微波与红外高光谱遥感的融合能够提升观测精度与数据覆盖范围, 为气象预报、灾害响应和生态保护提供科学支持. 未来需优化融合算法与数据处理技术, 推动融合技术向产品化和实际应用转化, 为全球气候变化与生态环境研究提供更强有力的工具.

基于多特征输入深度学习的浅海水下地形SAR卫星遥感

崔宜德, 汪胜, 于暘, 刘桂红, 马文韬, 黄岩, 杨涛, 杨晓峰

2025, 45(2): 424-436. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0158

摘要(259) HTML全文 (88) PDF 5662KB(24)

摘要:
面向浅海地形高精度反演需求, 改善光学遥感手段普遍存在的水质依赖性强和测深范围有限的问题, 研究以Sentinel-1卫星合成孔径雷达 (SAR)遥感影像为数据, 提出了一种多特征输入的深度学习浅海地形反演模型. 研究数据包括2024年中国海南岛东北部海域的6景SAR影像, 其中4景用于模型训练, 2景用于模型测试, 参考真值为ETOPO的Ice surface elevation geotiff数据. 反演模型由1个卷积层、2个BottleNeck模块和1个全连接层构成. 实验结果表明, 模型在训练集上的均方根误差和平均绝对百分比误差分别为1.57 m和6.56%, 在测试集上为1.95 m和11.55%, 水深最大探测范围为49.05 m. 此外, 对于2景不同海况条件下的影像, 其水深反演结果接近, 表明本文模型具有较好的鲁棒性, 可为浅海水下地形遥感探测提供新技术支持.

电卡制冷技术研究现状与空间应用展望

常启泰, 黄玉龙, 孟相朋, 王定远, 白宜松, 陈雪

2025, 45(2): 437-448. doi: 10.11728/cjss2025.02.2025-0005

摘要(231) HTML全文 (55) PDF 4213KB(25)

摘要:
电卡制冷技术是一种新型的固态制冷技术, 利用电卡材料在加电和去电过程的熵变实现制冷循环, 具有高能效、轻量化、无制冷剂泄漏特点, 在航天冷藏箱、空间可穿戴设备等领域具有巨大的应用前景. 目前, 空间热电制冷技术存在电耗大、制冷系数低等问题, 限制了该技术未来在航天工程中的应用. 本文从电卡材料性能、电卡冷热分离方法及电卡制冷器件三方面进行回顾和分析, 介绍了电卡组分、形态、制备工艺、可靠性和稳定性方面的研究进展, 总结了电卡制冷原理以及主动式和被动式的冷热分离方法, 归纳了往复单级和往复多级电卡器件的工作原理. 最后, 展望了电卡制冷技术未来在空间科学领域的发展方向.

基于高热流密度芯片的金刚石歧管针翅散热器传热特性实验研究

乔通, 汤凯, 郭元东, 黄金印, 刘金龙, 黄亦龙, 苗建印, 林贵平

2025, 45(2): 449-457. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0176

摘要(188) HTML全文 (51) PDF 2855KB(47)

摘要:
微通道散热器是解决高热流密度功率器件的散热难题的有效手段之一, 本文设计并制造了一种适用于高热流散热的金刚石歧管针翅微通道散热器. 利用热测试芯片作为模拟热源, 研究了该散热器在基于氨工质的泵驱两相流回路中的热工性能. 在1510 W·cm^–2的局部热流下, 芯片热源表面温度为102.5℃, 热阻为0.151 K·W^–1, 压降为1.1 kPa. 研究了进口温度、热流密度、质量流量对散热器热阻和压降的影响, 发现在较高的进口温度条件下散热器的热阻最小. 保持各种工作参数一致, 与铜材质的扩缩流道歧管微通道散热器进行对比, 在710 W·cm^–2热流条件下, 金刚石歧管针翅微通道散热器的热阻降低33.32%, 压降降低23.88%.

2.67 L板式表面张力贮箱设计及抗扰动性能仿真

李光昱, 戴炜, 黄天麒, 赖堂豪, 吴宗谕

2025, 45(2): 458-467. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0134

摘要(159) HTML全文 (50) PDF 4090KB(10)

摘要:
板式表面张力贮箱因结构简单、性能良好被广泛应用于各类卫星平台. 本文针对微小卫星平台, 设计了一个2.67 L板式表面张力贮箱及其推进剂管理装置, 介绍了贮箱壳体、蓄液器、导流板和气泡筛网等主要部件的设计过程. 根据平板间的蓄流原理完成了贮箱蓄液器的设计, 得到不同加速度扰动情况下的蓄液体积; 基于内角自流理论对导流板进行几何设计并确定了内外导流板数量; 对气泡筛网进行了选型, 复核了典型工况下气泡筛网泡破点的有效性; 通过CFD仿真, 分析了贮箱在不同填充率、不同加速度扰动情况下的质心变化. 仿真结果表明, 当该贮箱受到10^–3g量级加速度扰动时, 贮箱内推进剂质心变化小于10^–2 m, 证明本文所设计的2.67 L板式表面张力贮箱具有较强的抗扰动特性.

基于环路热虹吸管的浸没式液冷实验

王禹, 马祥, 张永海, 魏进家

2025, 45(2): 468-476. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0140

摘要(172) HTML全文 (65) PDF 5120KB(16)

摘要:
将环路热虹吸管与服务器散热相结合, 设计并加工出一种用于模拟服务器液冷的循环冷却系统. 以HFE-7100作为工质, 研究不同加热功率下服务器模拟热启动问题, 并探讨不同注液率、汽路绝热段长度(箱体与冷凝器的高度差)对循环系统传热特性的影响. 此外还对实验过程中汽路内的流动状态进行了分析. 研究结果表明, 在低加热功率下(90～120 W), 服务器箱体温度会出现先升高后降低随后逐渐平稳的现象, 而高加热功率下(≥150 W)则会出现箱体温度先快速升高然后缓慢升高随后逐渐平稳的现象. 热启动过程中的现象可以分为3个阶段. 第1阶段为过冷至蒸发, 第2阶段循环系统初步建立, 第3阶段系统循环完全建立. 其中第2阶段热启动箱体最高温度会随着加热功率的增加而逐渐降低, 系统达到稳定循环的时间会随着加热功率的增加而增加. 此外, 注液率从65%增加到85%时, 系统压差(箱体及储液箱内的压强差)提高34.7%, 但是冷凝器效率降低, 其出口过冷度会降低47.4%; 当汽路绝热段长度从40 cm增加到80 cm时, 系统压差提高26.6%, 冷凝器效率提升, 其出口过冷度提高120.6%.

微流控芯片在空间生命科学中的应用

魏栋苹, 孙联文, 杨肖

2025, 45(2): 477-492. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0155

摘要(235) HTML全文 (88) PDF 5443KB(25)

摘要:
微流控芯片(Microfluidic chip)又被称为芯片实验室(Lab-on-a-Chip, LOC), 可在微米尺度对少量液体进行操控, 是近年来新兴的一种可在体外开展生命科学研究的技术, 在药物筛选和体外诊断中具有通量大、灵敏度高的优势, 可用于模拟人体特定器官的复杂微结构、微环境和生理功能. 由于微流控芯片具有体积小、样品用量少、分析时间短、功耗低等特点, 十分适合应用于空间科学实验, 可以有效弥补动物模型在复杂空间环境中的个体差异缺陷, 以及单一细胞模型无法真实模拟体内复杂环境的问题. 本文简介了微流控芯片的发展历程、制作技术及加载方式, 综述了其在地面和空间生命科学方面的应用, 为微流控芯片在空间生命科学研究中的广泛应用提供参考.

微重力生物学知识图谱三元关系预测模型构建及应用

朱学松, 曲恩锐, 朱玉锋, 全源

2025, 45(2): 493-505. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0167

摘要(148) HTML全文 (39) PDF 5881KB(15)

摘要:
空间微重力环境会对航天员的生理和心理健康造成重大影响, 包括骨骼密度下降、肌肉萎缩、心血管功能改变等. 这些问题对于实现长期空间居住和深空探测构成重大障碍. 为应对这些问题, 研究通过整合微重力生物学知识图谱(Microgravity Biomedical Knowledge Graph, MBKG)和药物重定位知识图谱(Drug Repurposing Knowledge Graph, DRKG), 构建一个全面的知识图谱, 覆盖广泛的疾病、药物和基因实体及实体之间的复杂关系. 在此基础上, 研究训练并使用新的三元关系预测模型异质因果元路径图神经网络(Heterogeneous Causal Meta path Graph Neural Network, HCMGNN)获取预测结果. 结果表明, 与传统的知识图谱二元链路预测相比, 研究提出的三元预测方法在提高基因和药物预测准确率方面具有明显优势. 研究结论强调三元关系模型在探测基因–药物–疾病三元关系预测方面的有效性和潜力, 不仅为未来空间探测中航天员的生理和心理健康、药物再利用研究提供了新的方法和研究思路, 而且为药物再利用领域开辟了新的视角.

基于网络引导随机森林的电离辐射对人类B细胞影响机制

何敏敏, 朱玉锋, 吕萱, 唐广燕, 全源

2025, 45(2): 506-516. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0055

摘要(215) HTML全文 (62) PDF 5214KB(37)

摘要:
在空间环境中, 电离辐射可破坏细胞DNA和其他分子结构, 导致细胞突变或死亡, 增加癌症及其他疾病风险. 解析电离辐射对人类细胞的影响机制已成为航天医学领域亟待解决的问题. 近年来, 空间组学数据的大量累计以及生物信息学技术的发展为该问题的解决提供了可行途径. 本文使用网络引导随机森林(Network Guided Random Forest, NGF)算法研究人类B细胞对电离辐射的响应机制. 基于基因功能富集分析发现人类B细胞在经过大剂量电离辐射后难以对受损伤的DNA进行正常修复, 大量细胞发生凋亡或癌变. 基于cMap(Connectivity Map)数据库进行潜在抗电离辐射药物筛选, 结果显示紫杉醇和醉椒素等天然产物或可辅助人体抵抗电离辐射伤害. 研究结果将为空间环境对人体影响机制的解析奠定基础, 辅助开展航天员抗空间逆境策略研究.

血管–骨基质交互微流控芯片实验体系的构建及验证

刘丛锦, 周浩翔, 魏栋苹, 孙联文, 樊瑜波, 杨肖

2025, 45(2): 517-528. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0144

摘要(232) HTML全文 (123) PDF 6156KB(19)

摘要:
晚期糖基化终末产物(AGEs)是葡萄糖与骨胶原发生非酶糖基化交联的产物, 与失重性骨丢失的发生机制相关, 而其在骨基质中积聚的机制尚不明确. 微重力下流速较慢的L型骨微血管数量增加, 可能与AGEs在骨中的积聚有关. 为研究流速对血管内葡萄糖分子向骨基质的输运及AGEs生成的影响, 开发了体外模拟血管-骨交互界面的双层通道微流控芯片实验体系, 自研可长时连续定向供液的双注射泵系统搭载于芯片, 通过实验验证体系的生物相容性、稳定性及组织间交互性. 结果显示, 芯片内通道主要反应区液体应力分布均匀, 为层流流动; 加载2.88 mL·min^–1和0.38 mL·min^–1的高糖培养基72 h后, 芯片中内皮细胞可正常生长; 低流量比高流量的葡萄糖分子经微孔膜向下层胶原通道扩散的速率更高, 胶原中生成的AGEs更多. 本文构建的实验体系具有良好的生物相容性、长时运行稳定性及组织间交互性, 可为后续开展骨基质AGEs积聚的生物物理学机制奠定技术基础, 具备应用于空间生命科学研究的潜力.

空间飞行条件下小鼠不同组织中多组学分子互作模式挖掘及关键基因识别

张彦, 杨青, 杜晓辉, 赵磊, 孙野青

2025, 45(2): 529-555. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0137

摘要(187) HTML全文 (70) PDF 9239KB(19)

摘要:
为了从系统生物学的角度探究空间生物学效应, 本文基于单样本网络(Single-Sample Network, SSN)开发了一种生物信息学分析方法. 首先, 为来自空间飞行小鼠不同组织的每个样本分别构建了转录组、DNA甲基化、蛋白质组层面的SSN. 然后, 提取每个SSN中所有节点的拓扑特征, 并使用T检验识别出不同组学层面的差异互作分子. 结果表明, 虽然不同组学层面互作模式改变的分子交集有限, 但其调控的生物过程和通路具有相似性, 主要包括代谢过程、DNA损伤响应、细胞周期、氧化应激、昼夜节律等. 本文还分别构建了不同组学层面的共互作网络, 并识别了枢纽(Hub)基因. 此外, 空间飞行改变的分子互作模式可能与一系列疾病发生和病毒重激活有关.

基于高性能纤维的空间结构与制造材料

赵洋, 韩成

2025, 45(2): 556-567. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0154

摘要(200) HTML全文 (46) PDF 7011KB(26)

摘要:
高性能纤维具有质量轻、强度高、化学稳定性好以及便于结构制造等显著特点, 在空间领域具有重要应用. 其在空间可展开结构中, 凭借低密度与高强度减轻了结构重量、提升了运载效率, 且兼具良好柔韧性与稳定性, 可保障结构在轨可靠运行; 在空间碎片防护结构中, 依靠优异的力学性能与抗冲击能力, 保障航天器在轨安全; 在柔性捕获网方面, 其高强度与韧性确保了捕获操作的可靠安全, 助力轨道资源维护. 随着月壤研究的深入, 其在月壤材料原位制造中展现出潜在应用价值. 结合嫦娥六号月壤最新研究成果, 探讨了月壤纤维制造技术和月球基地建造材料的发展方向. 深入研究高性能纤维在空间领域的应用, 将为空间结构设计制造提供新的思路和方法, 实现空间资源高效利用.

基体偏压对TiN涂层微观结构、化学成分以及机械性能的影响

牟存礼, 鲁晓龙, 刘建, 鲁艳, 张晓, 郝俊英, 王强

2025, 45(2): 568-578. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0142

摘要(216) HTML全文 (62) PDF 5983KB(11)

摘要:
采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在9Cr18钢等基材上沉积了TiN涂层, 系统研究了不同偏压对涂层微观结构、化学成分以及机械性能的影响. 结果表明, 随着偏压的增加, TiN涂层的组织结构逐渐致密, 晶粒细化为不规则的三棱锥状, 涂层表面的致密度先增加后减少, 而截面形貌始终保持致密结构. TiN涂层的择优取向为(200)面. 涂层中Ti元素的含量在51 at%～56 at% (原子百分比)之间变化, 外观颜色稳定为紫色. 当偏压为–150 V时, 涂层的硬度最高, 约为21.2 GPa, 弹性模量约为221 GPa. 同时, 涂层还具有最大压缩残余应力, 约为2.79 GPa. 在不同偏压下, 涂层与基体之间存在较高的结合强度, 范围为49～74 N. 施加适当的负偏压可以增加基体表面受到的离子轰击能量, 促进涂层的致密化, 减少孔隙和缺陷, 提高涂层的机械性能以及涂层与基材之间的结合强度.

面向椭圆轨道的航天器混合最优姿态控制

曹家璐, 郎啸宇, 刘向东, 陈振

2025, 45(2): 579-587. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0145

摘要(134) HTML全文 (52) PDF 3881KB(15)

摘要:
航天器在姿态控制过程中, 纯磁控在提供控制力矩时存在欠驱动和控制能力有限的问题. 本文提出在使用磁力矩器之外合理地加入脉冲推力器, 即混合使用连续和离散控制力矩完成航天器的姿态控制任务. 基于这种力矩施加方式, 设计一种面向椭圆轨道航天器的混合线性二次型(Linear Quadratic Regulator, LQR)姿态控制方法. 通过研究椭圆轨道上磁控能力随着椭圆轨道偏心率的变化趋势, 找出椭圆轨道上纯磁控制能力最低的时刻, 并在此时施加合适的脉冲, 使得系统需要的控制增益通过离散脉冲的加入得到一定的补偿. 仿真结果表明, 面向椭圆轨道航天器的混合线性二次型控制方法在姿态控制效果上具有良好表现.

磁陀星 X 射线偏振模型与观测结果

陈伟, 谢斐, 葛明玉

2025, 45(2): 588-600. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0139

摘要(279) HTML全文 (107) PDF 3317KB(27)

摘要:
磁陀星是磁场高达 10¹⁰～10¹¹ T 的中子星, 与普通脉冲星的性质有极大不同. 磁陀星一般与超新星遗迹成协, 存在很强的活动性, 是研究极端天体性质的重要对象, 也是快速射电暴的一种对应体. 磁陀星的磁场结构及活动能量起源一直是磁陀星研究的核心问题, 因此偏振观测信息对理解其性质具有重要意义. 自成像型 X 射线偏振望远镜(IXPE)观测运行以来, 已经对 4U 0142+61, SGR 1806-20, 1RXS J170849.0-400910 和 1E 2259+586 四颗磁陀星进行深度曝光观测, X 射线偏振信息可以加深对磁陀星的认识, 对磁陀星辐射模型做出验证和限制. 本文对这四颗磁陀星的观测结果进行了综合分析, 并将观测结果与主要的磁陀星模型, 即旋转矢量模型、共振康普顿模型和真空共振模型结合进行了讨论.

面向冷气推力器的高分辨率低噪声微流量传感器设计与标定

孙博奥, 窦申成, 王小庆, 杨双, 杨超, 刘雪峰, 郑福

2025, 45(2): 601-611. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0147

摘要(141) HTML全文 (37) PDF 5594KB(10)

摘要:
微流量传感器用于精确测量和控制流经推力器的气体流量, 其性能直接影响冷气推力器系统的整体表现. 针对当前微流量传感器分辨率低、噪声大和响应时间慢的问题, 研制了一种基于恒温差原理的MEMS微流量传感器系统. 该传感器采用了4个MEMS铂电阻构成恒温差架构, 通过高精度恒温差驱动电路实现温差恒定, 经过测温电桥将温度变化信号经过高精度程控放大器输入到24位高精度模数转换器(ADC)进行采样, 实现了低噪声和高精度的微流量信号采集. 测试结果显示, 该微流量传感器在0.05～1 Hz等效输出噪声小于 0.126 μL·s^–1·Hz^–1/2, 分辨率达到0.06 μL·s^–1, 量程为0～1000 μL·s^–1, 响应时间为1.2 ms. 其测量分辨率高、噪声低、响应速度快, 为空间引力波探测中的冷气推力器系统提供了关键的技术支持.

星地激光通信研究现状与前沿技术

赵云, 王汉, 董滨滨, 郝俊博, 张子卓, 陈诗涵, 杨成龙, 高啟翔, 钟兴, 陈茂胜

2025, 45(2): 612-628. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0148

摘要(467) HTML全文 (113) PDF 6514KB(75)

摘要:
激光通信技术突破了传统微波通信的带宽限制, 成为实现高速率、大容量星地通信的重要手段, 特别适用于海量空间科学数据的传输. 星地激光通信技术在空间科学中具有广泛的应用前景, 是实现空间科学数据高效、快速传输的关键技术之一. 本文系统梳理了国内外星地激光通信的系统组成及实验成果, 详细介绍了实现稳定可靠通信的关键技术, 例如捕获跟踪瞄准、星上激光器技术等. 针对大气湍流对激光信道的影响, 分析了自适应光学等有效的抑制方法, 并汇总了基于新型结构光场的激光通信技术发展现状. 结合空间科学对数据传输的需求, 对星地激光通信的研究现状进行了总结, 并展望了未来的发展方向, 强调了其在空间科学和深空探测中的重要应用潜力.

星载旋转部件间激光通信光传输装置设计与试验

谭嘉恒, 永强, 徐伟

2025, 45(2): 629-640. doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0160

摘要(523) HTML全文 (116) PDF 4876KB(16)

摘要:
针对旋转成像的超大幅宽空间相机与卫星平台间进行大容量、高可靠数据传输的需求, 设计了一套采用激光通信的空间光传输装置, 对高精度光学检测及装调方案进行了研究. 通过在发射端和接收端各安装主份和备份两套准直器的方法提高装置的可靠性, 并设计多光路通道实现了两套准直器的相互备份. 同时, 提出了一个高精度装调方案完成了对准直器光轴的精确测量及装调. 利用有限元分析软件MSC.PATRAN对空间光传输装置进行模态分析, 并对装调完成的空间光传输装置进行了振动试验. 结果表明, 空间光传输装置发射端和接收端的一阶频率分别为264.25 Hz和434.35 Hz, 振动试验后收发准直器间最大光功率损耗为1.94 dB, 各基准面法线的空间角变化均在5″ 以内. 说明该空间光传输装置能够克服卫星发射时的复杂力学环境影响, 具有较高的装调精度和可靠性, 可以满足星载旋转部件间激光通信数据传输的要求.

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