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2011年  第31卷  第3期

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Understanding substorms in the magnetotail: early development and recent progress
A. Nishida
2011, 31(3): 269-293. doi: 10.11728/cjss2011.03.269
摘要:
This is a concise review of physics of the substorm in the magnetotail. It consists of two parts. The first part summarizes historical developments in the early days of the space age (1960--1975) when the basic concepts such as magnetotail and reconnection were established and the leading model of the substorm was introduced. The second part is an overview of the research conducted in recent years (1995--2010) when very significant advances have been achieved in understanding the substorm physics by virtue of several major satellites missions that addressed the magnetotail physics intensively.
日球层物理和太阳系探测
1998年10月18---19日磁暴主相的行星际源分析
张杨, 乐贵明, 刘连光
2011, 31(3): 294-298. doi: 10.11728/cjss2011.03.294
摘要:
采用高时间分辨率的地磁指数SYM-H, 同时考虑日地连线引力平衡点(L1点)太阳风地磁效应的滞后性, 精确分析了1998年10月18---19日大磁暴主相的行星际源. 分析结果表明, 磁暴主相的行星际源仅为行星际激波和行星际日冕物质抛射之间的太阳风(Sheath), 磁云对磁暴主相没有贡献. 这个磁暴事例的研究表明, 行星际磁场南向分量与太阳风动压的乘积是影响磁暴主相发展的关键参数.
Alfven波在微电离大气中的衰减特性研究
刘元涛, 赵华, 李磊, 王劲东, 周斌, 冯永勇
2011, 31(3): 299-303. doi: 10.11728/cjss2011.03.299
摘要:
利用简单的偶极子地磁场模型以及大气电子密度和电导率模式, 分析地面产生的磁扰动以Alfven波的模式传播到近地空间区域. 这种地面的磁扰动可能干扰近地空间卫星对空间磁扰动的观测. 通过对地面磁扰动Alfven波模式1000 km高度内的衰减情况进行模拟, 认为在近地空间采用地磁偶极子模型是合理的. 由于衰减随扰动频率的增大而急剧增强, 分析还得到了近地卫星能够探测到地面磁扰动的最大频率. 计算结果表明, Alfven波的衰减主要集中在高度50 km以下, 这个区域内的大气电导率极其微弱, 使Alfven波的传播受到极大衰减. 0.4 Hz以下的Alfven波沿磁力线传播到1000 km高度后衰减结为原来扰动幅度的千分之一, 因此频率在0.4 Hz以下的Alfven波可能会干扰低轨卫星探测磁场脉动.
利用神经网络预报中国地区电离层f0F2
陈春, 吴振森, 孙树计, 丁宗华, 许正文, 班盼盼
2011, 31(3): 304-310. doi: 10.11728/cjss2011.03.304
摘要:
利用神经网络技术并考虑太阳和地磁活动对电离层的影响, 提出了一种提前5 h预报中国地区电离层临界频率f0F2的方法. 网络输入包括时间、季节、地理纬度、太阳天顶角、最近一天的12个观测值(F-23, F-22, F-21, F-20, F-19, F-18, F-5, F-4, F-3, F-2, F-1, F0)和前30天滑动平均值(A-24, A-23, A-22, A-4, A-3, A-2, A-1, A0), 网络输出分别为未来5 h 的f0F2值F+1, F+2, F+3, F+4, F+5. 选取乌鲁木齐、长春、重庆和广州站1958---1968年间的数据训练网络, 利用中国9个电离层站的历史数据检验网络, 根据均方根误差衡量网络性能的好坏. 结果表明, 神经网络的预报结果能较好地符合实测数据. 这说明利用神经网络实现中国地区电离层f0F2的时空预报是可行的.
急流与低层大气重力波能量的相关性研究
李伟, 易帆
2011, 31(3): 311-317. doi: 10.11728/cjss2011.03.311
摘要:
通过分析武汉(30.5ºN, 114ºE)上空2000至2004年的Radiosonde常规观测数据, 对当地对流层(1~10 km)与低平流层(18~25km)的某些惯性重力波特征进行了研究, 发现重力波能量与急流强度变化之间存在显著的相关. 同时分析了海口(20ºN, 114ºE)(2000至2004年)、北京(40ºN, 116ºE)(2001年12月至2003年2 月)的Radiosonde观测数据并进行了比较, 发现较高纬度地区的相关性明显大于低纬度地区. 通过对武汉地区2006年1月5天Radiosonde加密观测数据的分析, 讨论了重力波动能与势能的高度变化, 进一步发现纬向风的垂直剪切与急流中心的分布分别与重力波势能和动能的强弱分布相对应.
强地震活动事件期间热层大气密度异常变化的探测结果
曾宏, 朱光武, 秦国泰, 陈华姣, 李永平
2011, 31(3): 318-322. doi: 10.11728/cjss2011.03.318
摘要:
地震活动一直是人类非常关注的自然灾害事件, 其对热层大气密度的影响还不是非常清楚. 2008年5月12日中国四川汶川发生震级8.0级强震事件, 随后, 在6月14日日本本州东部, 7月5日鄂霍次克海和7月19日日本本州东海岸发生震级7.0~7.6级强震事件, 利用期间中国星载大气密度探测器在630 km高度上就位探测的热层大气密度对探测结果进行综合分析, 结果表明, 强地震震源中心区域上空附近热层大气密度出现异常降变. 在时间上, 强地震发生前1~3天内就已开始出现大气密度降变, 强地震发生日附近降变达到谷值, 降变比达0.40~0.65. 这种降变的纬度区域范围震前位于强震中心所处纬度的±3º~±9º, 强震发生当日扩大到±8º~±20º.
火星电离层探测
邹鸿, 陈鸿飞, 施伟红, 邹积清, 仲维英, 于向前
2011, 31(3): 323-329. doi: 10.11728/cjss2011.03.323
摘要:
火星已经成为深空探测的重要目标之一, 登陆火星并在火星生存是人类探测火星的终极目标, 因此电离层是必须了解的火星电磁环境. 火星电离层探测包括直接探测和间接探测. 直接探测精度高, 有较高的空间分辨率, 但是观测时间短, 无法提供长期稳定的探测结果. 对火星电离层的间接探测结果主要来自无线电掩星探测和顶部雷达探测. 无线电掩星探测可实现对火星电离层整个电子密度剖面的长期稳定探测, 但其空间水平分辨率较低, 且可探测的电离层太阳天顶角范围受到地球与火星轨道的限制. 顶部雷达探测对火星电离层的探测具有很高的时间分辨率和空间分辨率, 且同样可进行长期稳定探测, 为火星电离层研究提供了最新的支持. 通过对火星电离层探测的基本方法及典型观测结果的分析, 提出通过几种探测方法适当结合的方式, 同时对火星电离层进行观测, 能够大大推进对火星电离层的研究.
嫦娥一号绕月探测器轨道投入过程实时监测判定的原理与技术实现
平劲松, 王明远, 史弦, 简念川
2011, 31(3): 330-337. doi: 10.11728/cjss2011.03.330
摘要:
深空探测任务中的轨道机动是保证探测器进入预定轨道的关键环节, 也是实际测控 任务中的重点和难点. 在轨道机动过程中, 探测器通过点火产生自身加速度, 此过程会造成飞行状态不稳定, 使得对卫星机动过程的预测和判定变得更加复杂. 针对这些问题, 结合中国第一个深空探测任务嫦娥一号(CE-1)卫星, 对其轨道机动段, 特别是近月点入轨制动这一关键弧段, 提出了基于视向速度对探测器飞行状态进行实时监测估计的原理和方法, 进一步建立了相应的实时监测系统, 并应用于实际工程任务, 同时对该系统的表现进行评估, 为未来深空探测中的类似问题提供了一种有效的解决方法.
木星伽利略卫星互掩互食天象的测光技术
陈斌, 彭青玉
2011, 31(3): 338-343. doi: 10.11728/cjss2011.03.338
摘要:
对行星天然卫星互掩互食天象进行测光可以得到非常准确的天体测量信息, 这些信息可以用来进一步改进行卫星的运动理论和历表. 对2003年在云南天文台1米望远镜上实际观测到的互掩互食图像进行测光处理, 分析表明, 在对木星去晕和测光孔径为1.5~2.0倍半高全宽条件下, 所得光变曲线有较好的稳定性.
威海天文台1米望远镜天体测量试验
林众, 彭青玉, 张庆丰
2011, 31(3): 344-349. doi: 10.11728/cjss2011.03.344
摘要:
利用威海天文台1米望远镜观测了2009年10月7日晚的疏散星团M39. 观测过程中使用了I滤光片, 并将CCD绕光轴旋转90º分别成像. 使用最新的UCAC3星表和Platais的自行星表归算表明, 该望远镜具有良好的天体测量性能, 最好的单次位置测量精度达到了4~5 milli-arcsec. 此外, 观测资料还发现UCAC3星表具有明显的自行不准确性, 证实了文献[14]的最新发现.
临近空间大气中子诱发电子器件单粒子翻转模拟研究
张振力, 张振龙, 韩建伟, 安广朋, 蔡明辉, 封国强, 马英起
2011, 31(3): 350-354. doi: 10.11728/cjss2011.03.350
摘要:
根据重离子试验数据, 采用长方体(RPP)模型, 用GEANT4软件工具包编程, 建立了垂直于器件表面入射的中子诱发电子器件的单粒子翻转模型. 考虑敏感体积及其附近的次级粒子对单粒子翻转的贡献, 统计了次级粒子在敏感体积内沉积能量的微分能谱分布, 对在敏感体积内沉积不同能量的次级粒子对单粒子翻转的贡献进行了区分计算, 模拟计算结果与地面试验结果符合较好.
微重力和空间生命科学
重力跳动对多相流体系统的影响
梁儒全, 梁爽, 纪俊红, M. Nasr-Esfahany, N. Ichikawa, M. Kawaji
2011, 31(3): 355-360. doi: 10.11728/cjss2011.03.355
摘要:
研究了重力跳动对液桥表面及内部流体流动的影响, 以期明确重力跳动对多相流体系统的作用效果. 理论研究表明, 当重力跳动作用于液桥时, 液桥反响频率的大小取决于液桥尺寸和物性参数; 实验研究显示重力跳动引入的液桥表面振动、液桥内部流动与温度振动之间存在着三角耦合关系; 数值模拟结果揭示了重力跳动作用于液桥时液桥内部流体的流动结构. 另外, 对理论、实验与数值模拟结果进行了对比验证, 得到了吻合一致的结果.
空间探测技术
主矢量法在空间近距离拦截优化中的应用
王国梁, 郑建华
2011, 31(3): 361-365. doi: 10.11728/cjss2011.03.361
摘要:
重点研究了在固定时间内利用主矢量原理判断近距离冲量拦截轨道燃料消耗是否最优的问题, 并对非最优情况提出了优化策略. 根据轨道动力学理论, 建立了近距离空间拦截轨道的数学模型. 根据主矢量理论给出了判断冲量拦截是否最优的理论依据, 并给出了优化方法. 利用仿真算例证实了优化的有效性. 通过对不同时间的空间拦截燃料消耗进行仿真比较分析, 提出了燃料消耗最优的拦截策略.
导航星座不完整对星间自主定轨几何精度因子的影响
刘文祥, 雍少为, 王飞雪
2011, 31(3): 366-371. doi: 10.11728/cjss2011.03.366
摘要:
星间自主定轨是星座自主导航的关键技术. 在系统建设初期未完成全星座组网、卫星出现故障或受损等情况下, 部分卫星缺失将导致导航星座不完整, 其对星间自主定轨性能的影响值得研究. 本文在提出逐卫星加权最小二乘自主定轨估计方法的基础上, 引入几何精度因子作为衡量星座不完整影响卫星自主定轨性能的指标, 最后以Galileo星座为例进行了仿真与分析. 结果表明, Galileo星座中卫星进行自主定轨时其可视卫星的冗余度较高, 少数卫星缺失不会对星间自主定轨的几何精度因子产生明显影响. 只有当星座缺失卫星数达2/3时, 会使得部分卫星的几何精度因子超差, 卫星自主定轨性能明显下降.
磁暴期间的地磁导航精度分析
郭才发, 张力军, 蔡洪
2011, 31(3): 372-377. doi: 10.11728/cjss2011.03.372
摘要:
地磁导航是无源自主导航技术研究的新方向. 分析了地磁导航的基本原理, 描述了典型磁暴过程, 并针对地磁导航在磁暴环境中的适用性进行了研究. 在采用曲面样条方法对实测地磁场数据建立观测模型的基础上, 结合广义卡尔曼滤波方法讨论了磁暴不同阶段对地磁导航精度造成的影响. 分别采用理论典型磁暴数据以及实测磁暴数据进行仿真, 仿真结果表明, 在磁暴的初相、恢复相的中后时段以及中等强度以下的磁暴全过程仍然可以采用地磁来进行导航定位, 导航精度在200 m以内, 满足飞行器中程制导的精度要求.
地下核试验监测中的卫星遥感技术及应用
严卫东, 赵亦工, 倪维平, 孙彬, 王培忠
2011, 31(3): 378-383. doi: 10.11728/cjss2011.03.378
摘要:
卫星遥感技术在发现、监测、识别、定位和分析地下核试验中具有不可替代的独特作用, 且使得事先阻止核爆炸试验成为可能. 地下核试验的卫星核查与遥感监测是一个高度复杂的综合决策过程. 本文结合几个具体实例, 介绍了其中一些有效的遥感分析识别技术, 如图像序列分析、图像融合、变化检测、K-L变换、D-InSAR、数字三维地形、GIS数据库等. 卫星遥感的局限性在于, 其难以从物理上确认地下核爆炸事件且不可避免地存在虚警和漏警.
充气天线制作及测试方法研究
赵忻, 关富玲, 王宏建, 徐彦
2011, 31(3): 384-389. doi: 10.11728/cjss2011.03.384
摘要:
分析设计了一个充气可展开天线, 得到初始曲面和裁剪片样式. 制作了高精度的裁 剪、拼接模板, 并用于研制3.2 m口径天线样机. 通过加工的天线调节装置, 将反射器与支撑结构组装在一起. 对索张力的两种调节方法进行了比较分析, 最终采用 张力弹簧调节装置. 利用照相测量系统对反射面进行反复调节, 使天线达到了较高的形面精度.
空间太阳电池阵双轴驱动机构设计及热分析
李建辉, 李瑞祥, 钱志源
2011, 31(3): 390-394. doi: 10.11728/cjss2011.03.390
摘要:
针对空间太阳电池阵驱动机构的轻量化和长寿命两大关键技术, 研制了一种轻小型双轴驱动机构, 该机构由连续转动轴(A轴)和有限角度转动轴(B轴)组成, 连续转动轴利用导电滑环传输电能, 机构具有结构紧凑、刚度好以及重量轻等优点. 并通过了包括导电滑环和谐波减速器在内的关键活动部件加速寿命试验考核. 利用热分析软件对双轴驱动机构进行了热分析仿真, 通过比较不同热控方案下的温度场分布, 确定了可以采用的热控措施.
轻型空间相机主承力基板结构拓扑优化设计
贾学志, 金光, 贾继强, 安源, 徐振
2011, 31(3): 395-400. doi: 10.11728/cjss2011.03.395
摘要:
针对目前轻型空间相机主承力基板在结构设计过程中难于同时保证重量轻且刚度高的问题, 提出了采用拓扑优化设计思想进行设计的方案. 通过建立基于变密度方法的拓扑优化设计数学模型, 运用Nastran软件对相机主承力基板进行拓扑优化设计, 给出了主承力基板的最优设计方案. 经过拓扑优化后相机主承力基板质量从初始的36.8 kg 降低到15.4 kg, 轻量化程度达58.2 %. 采用有限元分析方法对拓扑优化的结果进行了模态分析, 以验证主承力基板刚度分布是否合理. 通过0.5 g 扫频振动试验对有限元分析结果进行验证, 振动试验结果表明, 主承力基板结构一阶自然频率理论分析与试验结果偏差1.86 %, 充分证明理论分析结果的正确性和准确性. 整个优化设计过程证明, 采用拓扑优化设计方法大大提高了研制效率, 增强了空间相机主承力基板结构的性能, 有效降低了基板的重量, 满足系统设计要求.
空间用反应烧结碳化硅反射镜坯体制备技术研究
张舸, 赵汝成, 赵文兴
2011, 31(3): 401-405. doi: 10.11728/cjss2011.03.401
摘要:
采用凝胶注模(gel-casting)成型工艺并结合一种先进的消失模技术, 制备了具有各种不同轻量化结构形式的碳化硅(SiC)陶瓷素坯, 目前制备的背部半封闭素坯最大尺寸为1080 mm×820 mm; 素坯经过脱模、干燥、脱脂和反应烧结等, 可得到空间用SiC反射镜坯体. 对反应烧结碳化硅(RB-SiC)反射镜坯体的表面进行了光学加工, 并且测试了其各项性能. 结果表明, 所制备的RB-SiC陶瓷内部结构均匀致密; 力学性能和热学性能优异, 弹性模量、抗弯强度、断裂韧性和热膨胀系数分别达到了330 GPa, 340 MPa, 4.0 MPa•m1/2和2.6×10-6 K-1; 镜体经抛光后的表面粗糙度RMS值优于3 nm, 可作为空间用反射镜的候选材料.
原模图LDPC码的准循环扩展和编码算法
李忠亮, 夏国江
2011, 31(3): 406-411. doi: 10.11728/cjss2011.03.406
摘要:
原模图LDPC码性能优异, 适合高速编译码, 但针对它的扩展和编码算法研究较少. 利用矩阵环与多项式环的同构关系, 提出了原模图LDPC码准循环扩展和生成矩阵求解的高效算法. 仿真结果表明, 用所提出的扩展算法得到的原模图LDPC码, 在相同的最大变量节点度条件下, 性能优于已知的最好无结构非正则码.