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2019年  第39卷  第3期

前沿动态
FGST发现超高速行进的脉冲星
王海名
2019, 39(3): 269-269.
摘要:
俄罗斯将在国际空间站上安装天文观测模块
范唯唯
2019, 39(3): 269-269.
摘要:
中国天文学家参与全球超大黑洞观测并获得首张黑洞照片
中国科学院上海天文台
2019, 39(3): 269-269.
摘要:
ESA科学计划委员会批准实施欧中合作SMILE任务
中国科学院国家空间科学中心
2019, 39(3): 270-270.
摘要:
NASA遴选国际空间站空间天气任务载荷
范唯唯
2019, 39(3): 271-271.
摘要:
IRIS观测到太阳蝌蚪状喷流
范唯唯
2019, 39(3): 271-271.
摘要:
机遇号火星漫游器结束任务
韩淋
2019, 39(3): 272-272.
摘要:
NASA遴选商业月表运输任务有效载荷
2019, 39(3): 272-272.
摘要:
发展战略
特朗普签署空间政策四号令
王海名
2019, 39(3): 273-273.
摘要:
美国提出2024年前载人重返月球
杨帆
2019, 39(3): 273-273.
摘要:
中法两国签署空间合作协议
范唯唯
2019, 39(3): 274-274.
摘要:
ESA启动下一轮空间科学长期规划“旅程2050”制定工作
韩淋
2019, 39(3): 274-274.
摘要:
研究论文
全球空间天气路线图及对中国的启示
刘四清, 罗冰显
2019, 39(3): 275-282. doi: 10.11728/cjss2019.03.275
摘要(2830) PDF 1571KB(12047)
摘要:
随着科技的发展,空间天气对电力系统、通信导航系统和航天资产等遍布全球的技术基础设施的影响越来越深.需要加强对空间天气事件过程的理解,提升空间天气的预报能力,优化基础设施设计,从而减缓空间天气对社会造成的影响.基于这些需求,国际空间研究委员会(COSPAR)联合国际与日共存计划(ILWS)共同成立专家组,研究制定了全球2015-2025空间天气发展路线图.本文对该路线图进行介绍和解读,讨论该路线图对中国空间天气发展的启示.
火星探测微流星体环境模型及风险预测
李昊, 孔祥森, 赵川
2019, 39(3): 283-294. doi: 10.11728/cjss2019.03.283
摘要(2920) PDF 3678KB(14700)
摘要:
微流星体是自然存在的微型天体.在太阳系空间范围内,微流星体的主要起源为彗星及小行星.在地球至火星的空间范围内,微流星体的飞行速度范围为24.13~42.2km·-1.高速飞行的微流星体一旦撞击火星探测器,将有可能对探测器造成毁灭性的损害.本文基于太阳神探测器的观测结果及彗星轨道观测统计结果,针对火星探测,分别建立了地火转移段及环火飞行段的微流星体环境模型,并基于有限元离散方法建立了火星探测任务的微流星体碰撞风险预测方法.设计了一个虚拟火星探测器,分别对其在地火转移段及环火飞行段的微流星体撞击通量进行了分析.结果显示,在探测器有效任务期内,探测器正面受微流星撞击次数约为背面的10倍.根据本文模型计算结果,将探测器顶板铝合金蒙皮的厚度增加至0.7mm后,在整个任务周期内可将探测器正面受微流星体撞击出现击穿损伤的风险降低为每平米7次.
行星际日冕物质抛射地磁效应研究的支持向量机方法初步研究
叶煜东, 冯学尚
2019, 39(3): 295-302. doi: 10.11728/cjss2019.03.295
摘要(2754) PDF 1514KB(15568)
摘要:
行星际日冕物质抛射(Interplanetary Coronal Mass Ejection,ICME)与地球磁层相互作用并带来地磁暴等地磁扰动.从Richardson和Cane提供的近地球ICME列表中筛选出ICME事件集,基于ICME扰动期间的行星际等离子体与磁场数据提取出特征.通过计算各特征的费舍尔分值(Fisher Score),对这些特征进行选择,发现行星际磁场南北向分量持续时间小于-10nT且激波等扰动所带来的ICME扰动开始时,太阳风速度的增量等特征与ICME事件的地磁效应密切相关.这与现有的传统统计研究结果一致.以这些特征为基础,训练得到的径向基函数支持向量机能够以0.78±0.08的准确率判断ICME事件是否会产生中等及以上强度的地磁暴(Dst ≤-50nT).
CME引起的地磁暴穿越时间
孟琛, 吕建永, 王明, 顾春利, 季海生
2019, 39(3): 303-309. doi: 10.11728/cjss2019.03.303
摘要(2839) PDF 1659KB(14590)
摘要:
日冕物质抛射(CME)从发生至引起地磁暴最大值的时间间隔称为穿越时间.本文选取1997-2015年89个CME-Dst事件,分析CME速度、能量、耀斑类型等对穿越时间的影响;采用非线性拟合以及支持向量机(SVM)非线性回归技术,建立基于1997-2009年62个CME-Dst事件的CF模型和SVM模型,并利用其余27个CME-Dst事件对模型预报效果分别进行检验.结果表明,CF模型和SVM模型的预报准确率均达到85.2%,其中CF模型的平均绝对值误差为13.77h,而SVM模型为13.88h.与ECA模型结果(准确率为77.8%,平均绝对值误差为14.55h)进行对比发现,CF模型和SVM模型的准确率更高而误差更小.CF模型和SVM模型能够提前1~5天较好地预报地磁暴爆发时间.
ICME期间磁暴的太阳风参数和极光沉降能量
李祥雨, 牛超, 徐步云, 康志谦, 刘代志
2019, 39(3): 310-315. doi: 10.11728/cjss2019.03.310
摘要(2697) PDF 3071KB(14778)
摘要:
基于1995-2004年ICME驱动的强烈磁暴(SA型)、强磁暴(SB型)和延迟型主相暴(SC型)三种磁暴类型,对1AU处太阳风动压、太阳风速度、行星际磁场、EK-L电场以及极光沉降能量进行时序叠加分析,并分别与-vBz耦合函数和Newell耦合函数进行对比.结果表明,三种磁暴在ICME到达前期的太阳风动压较稳定,背景太阳风、极光沉降能量、行星际磁场和磁层存在相对平静期.ICME到达前期SA型磁暴的背景太阳风速度、行星际磁场南向分量以及极光沉降能量的均值高于另外两种磁暴类型,这说明大型日冕物质抛射在ICME到达前就对行星际磁场、背景太阳风和HP产生了影响.磁暴急始后,SC型磁暴的EK-L电场斜率小,峰值延后且行星际磁场北向分量增强,这些都是磁暴主相延迟的表现,极光沉降能量随着行星际磁场转为南向而增加.
基于经验模态分解的地球同步轨道高能电子通量预报
钱烨栋, 张华, 杨建伟, 武业文
2019, 39(3): 316-325. doi: 10.11728/cjss2019.03.316
摘要(2987) PDF 2941KB(14584)
摘要:
在磁暴恢复相期间,大量相对论(高能)电子从磁层的外辐射带渗透到地球同步轨道区.其中>2MeV的高能电子能够穿透卫星表面并聚积在材料内部,导致卫星无法正常运行或完全损坏.磁暴期间的高能电子通量变化的非平稳与非线性特征十分明显.通过实验发现,经验模态分解法能够极大地降低高能电子通量非平稳性问题造成的预报影响.以2008-2009年的数据作为训练集,2010-2013年数据作为测试集.结果表明:2010-2013年的预报率约为0.84;在太阳活动较为复杂的2013年,预报率达到0.81.引入经验模态分解后预报效率得到显著提高.
基于COSMIC的平流层重力波参数分析
王一洲, 黄莹莹, 李汇军, 李崇银
2019, 39(3): 326-341. doi: 10.11728/cjss2019.03.326
摘要:
基于COSMIC卫星观测的2006年12月29日到2008年1月3日30°-40°N纬度内的温度剖面,分别利用垂直滑动窗、双滤波器和单滤波器三种方法计算低平流层重力波的扰动和势能,获得重力波扰动和势能随高度、经度的分布以及多时间尺度变化特性,分析重力波扰动势能与背景温度及风场的变化趋势和特点.比较三种方法得到的结果发现:垂直滑动窗方法只能去除大垂直尺度的背景,无法抑制小尺度的扰动,其得到的结果误差较大;双滤波器法对温度剖面中的大尺度背景和小尺度扰动都能很好地抑制;单滤波器法得到的重力波扰动中基本不包含垂直方向的大尺度背景,但是包含一些小垂直尺度的扰动.因此,对于垂直波长为10km左右的重力波,采用双滤波器法合适;如果需要得到小尺度重力波的变化特性,采用单滤波器法合适.采用双滤波器法无法得到势能随高度的变化,而采用单滤波器法能够给出每月势能随高度的分布.对30°-40°N纬度内的重力波参数进行统计分析得到重力波扰动、势能与背景温度和水平风场的关系.
大气中子实时计算模式
陈善强, 刘四清, 陈东, 林瑞淋, 师立勤, 曹勇
2019, 39(3): 342-348. doi: 10.11728/cjss2019.03.342
摘要(2876) PDF 4015KB(13160)
摘要:
为实时评估0~100km高度范围内的大气中子全球分布,对宇宙线在地磁场和大气中的传输过程进行了分析.利用蒙特卡罗方法工具包Geant4,预先计算不同能量的粒子在大气层中产生的次级粒子能谱分布,形成大气次级粒子数据库,并与相关模型进行对比,验证了该数据库的有效性和可靠性.以实测或预报的空间环境参数作为输入,计算同步轨道银河宇宙线和太阳质子事件能谱以及100km高度上的地磁垂直截止刚度,最终得到大气层顶上的粒子能谱.通过对大气次级粒子数据库的线性插值,实现1h分辨率的大气中子能谱和辐射剂量全球分布的实时计算.
空间引力红移实验的原理与精度
张元仲
2019, 39(3): 349-353. doi: 10.11728/cjss2019.03.349
摘要(3119) PDF 1177KB(14528)
摘要:
通过对文献[4,5]关于空间引力红移实验原理与精度的分析,根据爱因斯坦惯性力与引力等效的原理,提出在航天器内部,重力的大部分被惯性力抵消,因而其中的微重力比轨道重力小很多(失重).因此,应当把星载原子钟的重力势取为与微重力相当的有效重力势,而不能简单地将星载钟的重力势取为轨道重力势.另外,检验相对论红移需要将理论值与实验值进行对比,这两种数值均具有误差,而检验精度取决于误差较大者.因此,如果不提高地球重力模型(例如EGM2008)精度而只提高测量精度则不能提高检验精度.
附加先验轨道约束的LEO几何法实时精密定轨验证分析
师一帅, 郝金明, 焦文海, 董明, 焦博, 刘伟平
2019, 39(3): 354-364. doi: 10.11728/cjss2019.03.354
摘要(2804) PDF 5059KB(10766)
摘要:
低轨卫星的实时精密定轨能够极大拓展其完成复杂科学任务的能力,例如实时环境监测、机动控制和卫星自主导航等.本文根据几何法实时精密定轨模型,提出了附加LEO先验轨道约束从而改善实时定轨的精度、收敛速度和稳定性的构想.分别采用广播星历、超快速星历预报部分和实时精密星历,设计了6种实时定轨方案,并利用Swarm-A,B,C星7天的观测数据进行方案验证与分析.结果表明,使用广播星历、IGU和IGC星历的方案精度递增,附加先验轨道约束能够进一步提升精度.使用IGC星历并附加标准差为1m的先验轨道约束后,在径向、切向和法向的定轨精度分别达到6.12cm,5.55cm和4.98cm.此外,附加先验轨道约束能够显著提升收敛速度,使用IGC星历平均收敛时间约为31min,附加标准差为1m的先验轨道约束后收敛仅需约4min.
基于单站CCD漂移扫描光电设备的同步轨道目标测定轨
于涌, 罗浩, 毛银盾, 赵晓芬, 唐正宏
2019, 39(3): 365-372. doi: 10.11728/cjss2019.03.365
摘要(2450) PDF 2733KB(14286)
摘要:
地基光电观测在同步轨道目标监测领域具有重要作用.为评估单站光电设备对同步轨道目标的实际测定轨能力,利用上海天文台佘山站1.56m望远镜,采用CCD漂移扫描光电技术,对3颗北斗同步卫星开展试验观测,基于卫星精密星历评估目标的测定轨外符精度.结果表明:同步轨道目标的天文定位在方位和俯仰方向上的外符精度均好于0.3";在单圈次观测情况下,尽管轨道预报精度较低,约为数千米量级,但是观测弧段内定轨精度可优于百米;在多圈次观测情况下,轨道改进效果显著,定轨精度优于50m,外推至4d的轨道预报精度为百米量级.此外,定量评估了每晚不同观测时间跨度下同步轨道目标的测定轨精度,为单站光电设备实际应用提供了参考.
SVOM卫星星载VHF系统设计
刘洋, 吴昊, 余显勇, 李宗德, 戴媛媛
2019, 39(3): 373-380. doi: 10.11728/cjss2019.03.373
摘要(2771) PDF 3359KB(15713)
摘要:
星载VHF系统是中法天文卫星SVOM(Space Variable Objects Monitor)的重要组成部分,为科学目标位置信息及重要数据提供VHF频段的准实时信息下传通道.本文介绍了SVOM卫星星载VHF系统的设计方案,对单机设计、软件设计和调制算法设计等进行了详细描述.SVOM卫星VHF系统是中国首个采用4CPFSK调制方式设计的VHF频段星载数据传输系统.测试和试验表明,星载VHF系统的工程实现满足卫星应用需求,为空间科学卫星重要数据实时传输提供了解决方案.
导航卫星原子钟舱温度控制方法及其验证
林士峰, 李锴, 蒋桂忠, 吴健, 马二瑞
2019, 39(3): 381-387. doi: 10.11728/cjss2019.03.381
摘要(2696) PDF 2788KB(14462)
摘要:
原子钟是导航卫星的重要组成部分,可为卫星系统提供高准确及高稳定度的时间频率源.原子钟工作性能与环境温度变化密切相关,为保证其在轨连续、稳定运行,热控系统需为其提供良好的工作温度环境.本文以某导航卫星原子钟舱温度控制为研究内容,给出原子钟舱热控设计方案、控制算法,并进行仿真分析和试验验证.在轨遥测数据表明,卫星原子钟舱热控方案和控制算法设计合理,仿真分析及试验结果有效,各原子钟在轨工作温度满足要求,原子钟温度稳定度满足并优于设计指标近一个数量级.
基于维纳过程退化模型的动量轮寿命预测与分析
徐敬勃, 谭学谦, 吴珍, 孙丹峰, 姜宁翔, 孙丹
2019, 39(3): 388-398. doi: 10.11728/cjss2019.03.388
摘要(2813) PDF 1863KB(13180)
摘要:
动量轮作为卫星的关键执行部件,其可靠性与寿命直接影响到卫星在轨任务的执行.对于动量轮产品的寿命预估与分析,受限于样本少、试验周期长、代价高等因素,无法获取足够的寿命样本数据.本文结合工程经验及已有的地面寿命试验数据,采用维纳过程退化模型,对动量轮产品的可靠性进行建模,并对其寿命进行预估与分析.该模型为动量轮寿命预测提供了一种有效方法,适用于高可靠、长寿命产品的寿命预测与分析.
基座与臂杆全弹性空间机器人的有限时间控制
黄小琴, 陈力
2019, 39(3): 399-406. doi: 10.11728/cjss2019.03.399
摘要(2766) PDF 2123KB(15985)
摘要:
探讨了基座、臂杆全弹性影响下,基于有限时间的漂浮基空间机器人系统轨迹跟踪以及柔性抑振问题.由于弹性基座与两柔性杆之间存在多重动力学耦合关系,此系统为高度非线性系统.将弹性基座与臂杆间的连接视为线性弹簧,利用拉格朗日第二类方程并结合假设模态法,推导出该系统的动力学模型;应用奇异摄动理论的两种时间尺度假设,将系统分解为表示刚性运动的慢变子系统和表示基座弹性、双柔杆振动的快变子系统.针对慢变子系统,设计了一种基于名义模型的有限时间控制器,保证完成刚性期望轨迹跟踪.设计的积分式滑模面具有有限时间收敛特性,比传统渐近收敛控制方法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性;对于快变子系统,采用线性二次型最优控制同时抑制弹性基座与两柔性杆的振动.Lyapunov理论证明了所提控制算法能使跟踪误差在有限时间内收敛到原点.仿真验证了控制方法的有效性.
科学家访谈
黑洞照片要“全球拍”——访中国科学院南美天文中心主任王仲
倪瑞捷
2019, 39(3): 407-407.
摘要:
研究机构
中国科学院微小卫星创新研究院
2019, 39(3): 408-408.
摘要: