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2014年  第34卷  第3期

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日球层物理和太阳系探测
Diviner红外温度与嫦娥卫星微波探测仪月表亮温的比较分析
冉真, 王振占, 李芸
2014, 34(3): 249-261. doi: 10.11728/cjss2014.03.249
摘要(1379) PDF 3248KB(1959)
摘要:
提出使用高分辨率的Diviner辐射计红外温度作为月壤热传导的边界输入条件，使得月壤物理温度廓线的模拟更接近月表真实情况. 利用Diviner物理温度廓线模拟的微波亮温与嫦娥二号卫星微波探测仪（CELMS2）的实测亮温匹配，来分析CELMS2数据的有效性和稳定性，为月壤微波特性的反演奠定基础. 以哥白尼坑区域为例，对比分析了Diviner辐射计红外通道温度与CELMS1实测微波亮温的变化趋势. 选择月球虹湾地区内一位置点（45.1°-45.5°N，33.1°-33.5°W），分析了CELMS2在该位置点内5个月球时刻的亮温数据. 通过对实测亮温与模拟亮温在经纬度和太阳高度角的匹配分析得到，在高频微波通道内两者的相关性达到96%以上，表明嫦娥二号微波探测仪亮温数据具有较高的稳定性，可以为月壤特性反演研究提供可靠数据来源.
太阳质子事件预报和射电Ⅰ型噪暴
夏志国, 高冠男, 汪敏, 林隽
2014, 34(3): 262-268. doi: 10.11728/cjss2014.03.262
摘要(1459) PDF 1697KB(1122)
摘要:
太阳是一个异常活跃的天体，其爆发过程会对地球周围空间环境产生重要影响. 通常，单个高能质子即足以引起飞行器中微电子器件出现异常，因此太阳质子事件预报是空间天气预报的重要内容. 关于预报模型的参数选择尚有值得改进之处. 研究认为，Ⅰ型噪暴与日冕加热磁重联具有密切关系，可以作为预报参数. 通过两个典型太阳爆发事件的详细资料分析，说明了Ⅰ型噪暴与质子事件及CME的相关性.
太阳风向磁层输入电磁能量研究
荆浩, 吕建永, 蒋勇, 王明, 胡慧萍, 刘子谦
2014, 34(3): 269-277. doi: 10.11728/cjss2014.03.269
摘要(1287) PDF 2011KB(1339)
摘要:
利用全球磁流体力学（MHD）模拟结果，通过确立包含磁层顶的太阳风流线内边界来识别三维磁层顶位形，并以极尖区位置作为磁层顶日侧与夜侧的分界线，在此基础上定量研究了不同条件下穿过磁层顶向磁层内输入的电磁能量. 研究发现，磁层顶的能量传输与太阳风条件密切相关，磁重联是控制电磁能量传输的重要机制. 结果表明，当IMF（行星际磁场）南向时，极尖区后方的磁尾附近存在电磁能输入最大值，当IMF北向时，电磁能输入最大值发生在极尖区附近；南向IMF条件下，在IMF强度增大或太阳风密度增大时，磁层顶电磁能传输的电磁能量比北向IMF条件时增加更显著. 太阳风通过调节磁层顶面积间接影响到磁层顶能量传输大小. 研究还发现，北向IMF与南向IMF条件下穿过磁层顶的电磁能输入的比值范围约为10%～30%，此比值一定程度上反映了北、南方向IMF与地磁场磁重联效率的比值.
基于改进STI方法的外源磁场垂直分量动力非平稳性分析
卢世坤, 李夕海, 牛超
2014, 34(3): 278-286. doi: 10.11728/cjss2014.03.278
摘要(1144) PDF 752KB(1029)
摘要:
Space Time-Index（STI）方法是一种验证时间序列中是否存在非平稳性的图示方法. 利用改进的STI方法可以定量分析外源磁场垂直分量z的非平稳性特征. 以不同地磁指数（K=0，2，4，6）、不同Lloyd季节和昼夜外源磁场z分量为对象进行对比分析. 结果表明，改进的STI方法能够有效检验外源磁场的非平稳特性，且z分量为非平稳时间序列；不同K指数的z分量分析表明，随着K指数的增加，z分量的相空间分布越来越不均匀，时间演化特征越来越复杂；不同Lloyd季节的分析表明，各季节的STI图较为相似，但随着日地距离的减小，z分量时间演化特征的复杂性增强，呈现出一定季节变化特征；对昼夜变化的分析可知，夜晚z分量STI图的波动性比白天要强，昼夜变化特征较为明显.
A Simulation of the Mid- and Low-latitude Ionospheric Electric Fields
YU Tao, MAO Tian, XIA Chunliang, WAN Weixing
2014, 34(3): 287-295. doi: 10.11728/cjss2014.03.287
摘要(1036) PDF 615KB(1926)
摘要:
A theoretical model of ionospheric electric fields at mid- and low-latitudes is developed. In the geomagnetic dipolar coordinate system, the ionospheric dynamo equations were solved, and the ionospheric electric potential and electric field were derived respectively. Major parameters for the model inputs, such as the neutral winds, the densities and temperatures of electron, ions and neutrals, are obtained from empirical models. The global ionospheric electrical potential and field at mid- and low-latitudes derived from our model are largely in agreement with the results presented by other authors and the empirical model. Using our model, it is found that the diurnal component of the HWM93 wind mainly contributed to the formation of the vertical electric field, while the semidiurnal component mainly contributed to the zonal electric field. Finally, by adjustment of the input F region winds and conductivities, most discrepancies between our model and the empirical one can be eliminated, and it is proved that the F region dynamo is the most significant contribution to the electric fields.
大气波动监测仪在岩石圈-大气层-电离层研究中的应用
胡晓彦, 张东和, 郝永强, 肖佐
2014, 34(3): 296-303. doi: 10.11728/cjss2014.03.296
摘要(1215) PDF 4296KB(1261)
摘要:
针对北京大学空间物理与应用技术研究所研制的两台大气波动监测仪近三年的观测数据，对这一时段内所观测到的重力波和次声波周期尺度扰动的形态特征、谱结构特征及其在时间分布上的统计特征进行了分析. 给出了几例雷暴、地震等事件中观测到的大气扰动，并揭示了这些事件期间观测到的与地面大气扰动周期尺度相类似的电离层扰动. 结果表明，北京大学研制的大气波动监测仪可有效记录到地面的微弱大气扰动，观测数据可用于进行岩石圈-大气层-电离层之间的耦合研究.
临近空间表面波等离子体减阻性能分析
蔡红华, 聂万胜, 丰松江
2014, 34(3): 304-312. doi: 10.11728/cjss2014.03.304
摘要(1183) PDF 2679KB(1163)
摘要:
为研究临近空间表面波等离子体减阻效果，基于流体宏观模型的基本特征，分析了表面波等离子体流动控制机理的基础，以飞艇为模型，对其在 0°攻角情况下的流场进行仿真计算，比较了不同激励器控制方案的减阻效果，研究了飞艇尾部区域的等离子体流动控制效果. 结果表明，表面波等离子体具有增加飞艇升力、减小飞艇阻力的效果；单侧控制方案最大减阻效果达7%左右，对称控制方案减阻效果明显优于单侧控制方案，最大减阻效果可达32%左右；表面波等离子体对飞艇尾部的流动分离具有很好的消除抑制作用.
空间探测技术
月球探测器垂直软着陆4D轨道全局优化
黄国强
2014, 34(3): 313-318. doi: 10.11728/cjss2014.03.313
摘要(1036) PDF 620KB(1250)
摘要:
提出一种包含动态规划法与共轭梯度法的组合优化算法，求解月球探测器垂直软着陆问题. 其以动态规划法中求得的次优控制变量作为共轭梯度法的初始控制变量，求得更为精确的最优控制变量和最优轨道. 月球垂直软着陆的轨道可以分为两段，即制动段与着陆段. 以燃料消耗量最小为性能指标，采用该组合优化算法分别对两段轨道进行了4D全局优化. 数值仿真结果表明，该组合算法优化精度较高，收敛速度快，稳定性好，可用于机载计算机实时生成垂直软着陆4D轨道，同时还可推广到其他终端时间自由型两点边值问题.
空间非合作目标双行轨道根数快速生成算法
刘光明, 张志, 车万方
2014, 34(3): 319-326. doi: 10.11728/cjss2014.03.319
摘要(1254) PDF 1491KB(1563)
摘要:
针对空间目标TLE拟合过程中可能出现的奇点问题，提出了基于无奇异变换的空间目标双行轨道根数（TLE）生成算法. 为提高观测平台对空间目标状态估计效率，提出带有自适应遗忘因子的非线性最小二乘递推算法，利用最速下降法在线修正遗忘因子，使得估计值有较快的跟踪速度和较小的稳态误差. 仿真结果表明，该TLE生成算法的数据处理速度和轨道预报误差满足要求，可用于低轨目标的天基监视.
基于FE-SEA混合法的飞行器结构声振响应分析与试验验证
张国军, 闫云聚, 李鹏博
2014, 34(3): 327-331. doi: 10.11728/cjss2014.03.327
摘要(1287) PDF 1621KB(1137)
摘要:
以美国X-43A飞行器为研究对象，基于有限元与统计能量分析混合法FE-SEA，建立飞行器结构声振耦合动力学模型. 着重研究飞行器噪声致振的性质及规律，得到飞行器空腔结构在宽频外噪声场激励下的结构振动响应及舱内噪声场响应，并对FE-SEA在宽频区间中段的计算结果进行分析. 通过噪声试验验证了理论与数值计算的可靠性.
嫦娥三号巡视器有效载荷
代树武, 吴季, 孙辉先, 张宝明, 杨建峰, 方广有, 王建宇, 王焕玉, 安军社
2014, 34(3): 332-340. doi: 10.11728/cjss2014.03.332
摘要(1609) PDF 1987KB(2074)
摘要:
嫦娥三号巡视器配置了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪四种科学探测有效载荷. 介绍了有效载荷的科学探测任务、系统设计方案和系统组成，描述了各有效载荷的方案设计要点，设计中的主要关注点及主要技术指标等.
中性原子成像探测的物理设计与仿真
路立, S McKenna-Lawlor, J Balaz, 史建魁, 杨垂柏, 罗静
2014, 34(3): 341-351. doi: 10.11728/cjss2014.03.341
摘要(1053) PDF 5970KB(1425)
摘要:
研究了磁层-电离层-热层耦合星座(MIT)卫星计划中高能中性原子成像仪(NAIS-H)探测方案的原理设计和模拟仿真. 以双星中性原子成像仪设计思想为基础，依据MIT卫星计划的总体科学目标和磁层卫星的轨道环境及相应自旋姿态，给出中性原子成像仪的技术架构,并针对地磁偶极场的环电流模型进行了模拟仿真. 仿真结果表明，所研制的NAIS-H以其高时空分辨能力适用于监测和反演磁暴期间磁层等离子体的全球动力学过程.
HY-2卫星定标检验场多波段微波辐射计系统设计
刘璟怡, 王振占, 张瑜, 郑伟, 李彬
2014, 34(3): 352-359. doi: 10.11728/cjss2014.03.352
摘要(1434) PDF 1991KB(1178)
摘要:
Oceanic Multiband Microwave Radiometer（OMMR）是针对中国HY-2卫星扫描微波辐射计的定标和检验而设计的五频段十通道微波辐射计. 由于工作环境恶劣以及仪器长期稳定连续360°观测的需求，使其研制具有较大挑战. 本文重点介绍该微波辐射计的系统构成、技术指标设计与实现，阐述了系统指标测试和定标过程. 测试结果表明其满足设计要求.
太阳帆板驱动机构的表面充放电效应研究
李睿, 刘继奎, 徐跃民, 王友平, 刘磊, 常肖, 吴逢时, 孙海龙
2014, 34(3): 360-366. doi: 10.11728/cjss2014.03.360
摘要(1307) PDF 802KB(1280)
摘要:
空间等离子体环境效应导致的卫星表面充放电是造成卫星在轨工作异常及故障的重要原因之一. 太阳帆板驱动机构（Solar Array Drive Assembly，SADA）是长寿命、大功率卫星电传输环节的关键部件，易成为充放电效应的对象，可使卫星丧失能源，导致整星失效. 为验证空间等离子体环境导致的表面充放电对SADA特别是其功率传输可靠性和安全性的影响，利用等离子体环境模拟试验装置，模拟地球同步轨道（Geostationary Orbit，GEO）等离子体环境，针对SADA进行试验研究. 结果表明，使用两种不同绝缘材料的SADA在空间等离子体模拟环境下表现没有明显区别，表面充放电未对设计合理的SADA正常工作造成明显影响. 研究结果对未来GEO轨道SADA等空间机构的可靠性和安全性设计具有一定指导意义.
柔性空间机械臂捕获卫星过程的碰撞动力学、镇定控制和柔性振动线性二次最优抑制
董楸煌, 陈力
2014, 34(3): 367-376. doi: 10.11728/cjss2014.03.367
摘要(1130) PDF 685KB(3751)
摘要:
研究空间机械臂系统捕获卫星过程的碰撞动力学及受碰撞后不稳定系统的控制问题. 利用第二类拉格朗日方程推导得到空间机械臂系统的动力学模型. 在空间机械臂捕获卫星而受碰撞冲击过程中，利用动量冲量法评估碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态变化的影响效应. 为使受碰撞冲击后不稳定的空间机械臂与被捕获卫星组合体系统恢复稳定，设计了线性反馈和线性二次最优复合控制算法对受碰撞冲击后空间机械臂系统进行镇定控制和柔性杆振动抑制，所提出的控制算法无需控制漂浮基的位置，从而可以节省漂浮基位置控制推进器燃料消耗. 通过数值算例模拟了碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态的影响效应并验证上述控制算法的效果.

期刊介绍

ISSN 0254-6124       CN 11-1783/V

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