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2020年  第40卷  第3期

前沿动态
多台望远镜联合观测规模破纪录的黑洞爆炸
王海名
2020, 40(3): 297-297.
摘要:
WFIRST进入硬件开发与测试阶段
王海名
2020, 40(3): 297-297.
摘要:
NASA总结磁层多尺度任务在轨运行5年取得的科学成果
王海名
2020, 40(3): 298-298.
摘要:
嫦娥四号雷达数据揭示月球背面地下浅层结构
2020, 40(3): 299-299.
摘要:
欧俄合作火星任务ExoMars-2020延期
范唯唯, 韩淋
2020, 40(3): 299-299.
摘要:
NASA科学家评估空间站培育蔬菜的质量
王海名
2020, 40(3): 300-300.
摘要:
发展战略
关于2030年前火星采样返回科学任务的展望
时蓬, 范全林, 汤惟玮
2020, 40(3): 301-304.
摘要:
火星采样返回对于认知类地行星起源和生命宜居性、奠定未来载人登火基础具有重大意义,是下一代火星探测任务的重点目标。目前美、日、中均已公布火星采样返回任务的计划或相关设想。美国火星采样返回任务预计时间跨度逾10年,将与欧洲空间局合作研制发射样品返回着陆器、样品收集火星车和返回地球轨道器等,将毅力号火星车采集的样品带回地球。日本计划开展火卫一采样返回任务。分析国际采样返回任务方案,有助于中国火星任务的科学目标凝练和工程方案设计。
研究论文
多种观测数据驱动的三维行星际太阳风MHD模拟
杨易, 沈芳, 杨子才
2020, 40(3): 305-314. doi: 10.11728/cjss2020.03.305
摘要:
三维磁流体力学(MHD)数值模拟是行星际太阳风研究的重要手段.本文发展了一种由多种观测数据驱动的三维行星际太阳风MHD数值模型.模型的计算区域为0.1AU到1AU附近,使用Lax-Friedrich差分格式在六片网格系统中进行数值求解.边界条件中磁场使用GONG台站观测的光球磁图外推获得,密度通过LASCO观测的白光偏振亮度反演得到,速度根据以上两种观测数据并利用一种基于人工神经网络技术(ANN)的方法得到,温度通过自洽方法根据磁场和密度导出.利用该模型模拟了第2062卡灵顿周(CR2062)时期的行星际太阳风,模拟结果显示出丰富的观测特征,并与OMNI以及Ulysses的实际观测值符合得较好.该模型可用于提供接近真实的行星际太阳风,有助于提高空间天气预报的精度.
太阳黑子自动识别与特征参量自动提取
李泠, 崔延美, 刘四清, 雷蕾
2020, 40(3): 315-322. doi: 10.11728/cjss2020.03.315
摘要:
日面上黑子数目反映了太阳活动水平的高低.黑子形态的复杂性和磁场的非势性与太阳活动爆发密切相关.随着高时空精度的太阳观测数据量的急剧增长,快速准确地自动识别日面上的黑子以及对黑子群特征自动提取已成为太阳活动预报的现实需求.本文针对SDO/HMI的活动区白光数据,利用数学形态法开展黑子自动识别研究,并在黑子识别基础上对黑子群的面积和黑子数进行了计算.通过对利用2011-2017年HMI活动区数据计算得到的黑子群面积和黑子数与NOAA/SWPC发布的活动区相应参量进行比较,发现本文计算结果与SWPC发布数据的变化趋势基本一致,相关性较好.其中黑子群面积的相关系数为0.77,黑子数的相关系数为0.79.研究结果表明,利用本文方法对SDO/HMI数据进行处理,能够得到高时间分辨率的黑子群特征参量,可为太阳活动预报提供及时准确的输入.
磁云边界层中的复合重联喷流观测分析
周梓露, 宋小健
2020, 40(3): 323-330. doi: 10.11728/cjss2020.03.323
摘要:
太阳风中的磁场重联通常与行星际日冕物质抛射有关.本文分析了1995年10月18日WIND飞船观测到的一例磁云前边界层中的复合重联喷流事件.该复合排空区由相邻两个不同方向的喷流构成,这两个喷流分别经过Walén关系的证认,符合行星际磁场重联排空区等离子体喷流的特征.结果表明,在磁云前端可能存在众多重联点,从而将磁云本体的磁场剥离,形成比单一重联喷流区更复杂的三维边界层结构.磁云边界层中可能发生多点多次重联,从而不表现出单点重联的排空区特征,这可能是行星际磁场重联排空区较少在ICME前端被观测到的原因之一.
Observations of TEC Depletion, Periodic Structure of TEC, ROTI and Scintillation Associated with ESF Irregularities over South China
DENG Kun, MA Yonghui, LIU Minbo, GUO Zhixiong, WANG Shu
2020, 40(3): 331-340. doi: 10.11728/cjss2020.03.331
摘要:
The observations of Global Positioning System (GPS) scintillation, Total Electron Content (TEC) depletion, the periodic structure of TEC and Rate of TEC Index (ROTI) over south China were presented. Data were collected from GPS observations at stations of Shenzhen and Guangzhou from 2011 to 2012. This study reported that the ratio of simultaneous occurrences of TEC depletions with strong scintillations was higher than that of TEC depletions with weak scintillations in vernal and autumnal equinoxes of 2011 over South China. The number of the periodic structures of TEC with depletion contained was greater than that with no depletion contained corresponding to strong scintillations. The structure of the slab of plasma irregularities could be responsible for the simultaneous occurrences of TEC depletion with strong scintillations and ROTI. Before and during the occurrences of strong scintillation, there was Large-Scale Wave Structure (LSWS) which provided the seed ionization perturbation to trigger ESF irregularities and contributed to the periodic structure of TEC.
北斗三号电离层模型性能分析
许龙霞, 李孝辉, 何雷
2020, 40(3): 341-348. doi: 10.11728/cjss2020.03.341
摘要:
根据北斗卫星导航系统三步走战略,北斗三号系统空中星座在2020年左右完成部署,信号的覆盖范围从亚太大部分地区扩展至全球.实际上自2018年底北斗三号系统已经可以初步提供全球服务.相应地,北斗系统的单频电离层模型从只适用于亚太大部分地区的BDSKlob模型发展到适用于全球范围的BDGIM模型.为分析北斗三号电离层模型的性能,以IGS GIM最终数据为参考,比较了2019年3月1-31日期间北斗BDGIM模型、BDSKlob模型以及GPSKlob模型在不同时段不同地区的改正效果.结果表明:北斗三号BDGIM模型在中国区域的改正率达75%以上,优于BDSKlob模型59%的改正率;在全球范围的改正率达60%,优于GPSKlob模型49%的改正率.除南半球高纬度地区外,BDGIM模型的电离层误差值均小于GPSKlob模型,其在垂直方向的电离层均方根误差值优于6TECU.
卫星发射对空间碎片环境影响分析
沈丹, 刘静
2020, 40(3): 349-356. doi: 10.11728/cjss2020.03.349
摘要:
未来航天发射情况直接影响空间碎片环境,必须对其进行合理规划,以维护外空长期可持续发展.利用中国自主建立的空间碎片长期演化模型(SOLEM),结合蒙特卡洛方法,量化分析了空间物体发射数量、发射质量、发射面积等因子对未来空间碎片环境的影响,进一步研究了大型星座造成的未来空间物体碰撞次数和碎片数量的增加.仿真结果可为合理规划未来的航天发射规模提供理论依据.
锡林浩特市火山地质公园平台山顶近地面大气电场变化特征
吴晗, 陈涛, 李仁康, 何兆海, 张华伟, 罗静, 罗福山, 王迺权, 董伟
2020, 40(3): 357-363. doi: 10.11728/cjss2020.03.357
摘要:
大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量对雷暴和地震的监测、预警等具有重要的意义.利用2015年8月27日气球搭载大气电场仪测量近地面大气电场实验得到的电场数据,分析在特殊地形表面近地面500m高度内大气电场强度随高度的变化特征.结果表明:晴天条件下,火山喷发形成的熔岩平台山顶上空近地面大气电场强度随高度增加呈指数递减,大气电场的数值和变化范围均较大,尤其是近地面100m高度内,大气电场值达到1kV·m-1以上.此外,还通过经验公式得出了近火山灰石地表的大气电导率.受空气中重离子的影响,其电导率远小于全球大气电导率的平均值.实验结果丰富了在特殊地形下大气电场的测量结果,揭示了中国内蒙古锡林浩特地区火山山顶近地面大气电场强度随高度的变化特征.
基于FY-3C/MWHTS观测资料反演中低纬度海面气压
张子瑾, 董晓龙
2020, 40(3): 364-375. doi: 10.11728/cjss2020.03.364
摘要:
利用风云三号C星(FY-3C)微波温湿探测仪(MWHTS)的实测亮温数据,开展了中低纬度(40°S-40°N)区域海面气压反演研究.MWHTS 118.75GHz氧气通道的辐射亮温测量值与氧气气柱总量密切相关,可用于反演海面气压.根据辐射传输方程分析了MWHTS 8个氧气通道对海面气压的敏感性.结果表明,与位于氧气吸收带中心的通道相比,位于吸收带翼区的探测通道对海面气压的变化更敏感.基于神经网络方法建立了中低纬度海面气压反演算法,通过将反演结果与ERA-Interim再分析数据以及原位观测数据进行对比分析,发现建立的反演算法在中低纬度晴空、云天、雨天条件下,对海面气压的估计精度分别为2.0,3.0和3.5hPa.最后,开展了生成初期热带气旋的反演试验,结果表明反演的海面气压资料对热带低压的判别有一定帮助.
基于流动沸腾气泡脱落行为的重力无关性分析
乐述文, 杜王芳, 李凯, 赵建福
2020, 40(3): 376-381. doi: 10.11728/cjss2020.03.376
摘要:
在流动沸腾现象中,气液两相密度差异导致重力对流动和传热性能产生很大影响,因此重力效应研究对于流动沸腾的航天应用具有重要意义.在对Bower-Klausner-Sathyanarayan重力无关准则(BKS准则)分析的基础上,提出其判据存在理论缺陷,不能正确反映重力效应.采用与BKS准则相同的气泡脱落模型,但忽略气泡沿加热管壁的滑动效应,重新计算常重力条件下不同流动方向起始沸腾阶段单气泡的脱落尺寸,归纳得到一个新的基于Fr(Froude数)的重力无关准则.该准则与实验结果符合更好,且与主导作用力准则基本相符.
微重力水电解槽两相热流动与水量分配数值模拟
刘晓天, 吴传嘉, 马鹏, 王双峰, 李明雨, 尹永利
2020, 40(3): 382-393. doi: 10.11728/cjss2020.03.382
摘要:
建立了固体聚合物电解槽单体的三维两相流动模型和电解槽系统供水过程模型,对电解槽的供水、两相流动和温度场特性进行模拟仿真,分析放置方式和微重力环境等因素对其工作性能的影响.电解槽单体的数值模拟结果表明,在微重力条件下或者水平放置时,其内部速度场和温度场都分布均匀.但是采用竖直放置且水平供水方式时,电解生成的氧气在电解槽上部聚集,出现局部缺水现象.对电解槽系统供水过程的数值模拟结果表明,无论在地面还是微重力条件下,电解槽系统的水量分配都是不均匀的.水平放置时,电解槽系统内的电解槽单体进出口水量从底部至顶部先减少后增加;在竖直放置或微重力条件下,水量从其底部至顶部持续增加.
微重力条件下初始液氢温度对低温推进剂贮箱气枕压力的影响
王妍卉, 周炳红
2020, 40(3): 394-400. doi: 10.11728/cjss2020.03.394
摘要:
自生增压液氢推进剂贮箱在轨滑行阶段将长期(数百秒)处于微重力环境下,其贮箱压力受多种因素影响.液氢低温推进剂接近饱和温度时,因传热等影响而极易产生相变,从而影响贮箱压力.通过建立贮箱三维CFD模型,研究了不同初始液氢推进剂温度对于贮箱压力和温度变化等的影响.计算结果表明,气液界面附近推进剂温度与当前气体压力下饱和温度之差(过冷度)越大,压力下降速率越大.随着气体压力下降,气枕温度降低,压力下降速率也逐渐减小,压力变化曲线趋于平缓.在初始液体推进剂温度低于平衡温度的情况下,初始液体推进剂温度越高,平衡压力越高.
一种面向动态需求的多优先级天文观测卫星任务重规划方法
刘勇, JAUBERT Jean, 吴海燕, 冯准, 李虎
2020, 40(3): 401-407. doi: 10.11728/cjss2020.03.401
摘要:
针对多优先级天文观测卫星任务动态规划问题,分析了高优先级任务动态插入以及未知事件中断原任务规划方案执行的情况,研究了原任务规划方案相应的动态规划问题.在关于SVOM (Space multi-band Variable Object Monitor)卫星任务规划系统的研究中,针对单星机遇目标任务重规划问题,提出一种基于滚动优化策略的任务重规划求解方案.在每个滚动周期内,优先安排高优先级动态到达任务,回滚处理原方案中受未知事件和高优先级机遇目标影响的任务,或者删除原方案中受影响的任务.目标函数综合考虑了全年卫星任务规划总时长和机遇目标的规划总时长.仿真验证结果表明,本文设计方法对于快速响应高优先级机遇目标以及提高服务质量具有一定意义.
充液航天器大角度机动自适应无源控制
王宏伟, 宋晓娟, 李长杰
2020, 40(3): 408-418. doi: 10.11728/cjss2020.03.408
摘要:
研究了基于自适应无源控制的三轴稳定充液航天器大角度姿态机动问题.将液体晃动等效为黏性球摆模型,利用动量矩守恒定理推导出充液航天器耦合动力学方程.针对陀螺故障及无陀螺配置导致航天器姿态无角速度测量的情况,同时考虑存在外部未知干扰、转动惯量不确定性以及液体晃动位移不可测量的特性,设计自适应输出反馈无源控制,其中自适应更新律用于补偿外部未知干扰和估计液体晃动的位移变量.利用Lyapunov方法和LaSalle不变引理,证明该控制律不但可以保证闭环系统渐进稳定,而且可以保证二个期望平衡位置均达到稳定.仿真结果验证了本文控制方法的有效性.
基于星间链路的导航卫星时间自主恢复策略
陈婷婷, 林宝军, 龚文斌, 常家超
2020, 40(3): 419-424. doi: 10.11728/cjss2020.03.419
摘要:
基于北斗导航卫星星间链路的测距与数传功能,针对自主导航时卫星时频子系统异常导致载荷系统断电重启的情况,提出了一种基于星载计算机自主计时及星间链路误差校正的策略.在载荷系统重启时间内,利用星载计算机守时,并通过十秒稳定度预报晶振频率漂移量的方法,维持星钟在重启时间内的稳定.载荷系统重启后,星载计算机授时给导航任务处理机,通过误差分析计算出总误差.该误差在星间链路建链误差允许范围内,然后通过星间链路对星钟误差进行校正恢复,重新实现星地时间同步.
中法海洋卫星微波散射计在轨性能验证
董晓龙, 朱迪, 林文明, 张阔, 云日升, 刘建强, 郎姝燕, 丁振宇, 马剑英, 徐星欧
2020, 40(3): 425-431. doi: 10.11728/cjss2020.03.425
摘要:
中法海洋卫星(CFOSAT)微波散射计是国际上第一个旋转扇形波束体制散射计,通过优化雷达观测几何实现对地面目标多角度和多方位的高精度测量,提高海面风场、土壤湿度和海冰面积等地球物理参数的反演精度.根据CFOSAT卫星2018年10月发射以来的在轨测试数据,结合散射计系统特点,分析验证了星上定标数据和后向散射系数反演结果的正确性,并对CFOSAT首批科学数据进行了定量分析和系统评价.结果表明,CFOSAT散射计在轨工作状态良好,实际性能与设计预期一致,风速测量精度优于1.5m·-1,风向测量精度优于15°,空间分辨率可达12.5km,在近岸风场监测、土壤湿度遥感和海冰面积估计等应用领域具有独特的优势.
基于CLEAN算法对一维综合孔径辐射计成像误差的校正
张爱丽, 吴季, 刘浩
2020, 40(3): 432-437. doi: 10.11728/cjss2020.03.432
摘要:
对于天线单元数较少的一维综合孔径微波辐射计,系统的采样基线数有限,导致辐射计对目标在空间频率域的采样产生截断,在成像结果中引起明显的吉布斯误差.实际应用中通常选择加窗函数来抑制吉布斯误差,但是加窗函数会降低辐射计系统的空间分辨率.为抑制一维综合孔径辐射计成像的吉布斯误差,提出了基于CLEAN算法的校正算法.针对目前已完成的8单元辐射计地面样机系统,通过仿真实验,验证了CLEAN算法对于抑制辐射计成像结果中吉布斯误差的有效性.
研究机构
国家空间科学数据中心
2020, 40(3): 438-438.
摘要: