留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

当期目录

2022年 第42卷  第6期

栏目
  上一期
显示方式:
目录 封面
综述
金星火山与气候探测任务
董晓龙, 刘洋, 何杰颖, 张锋, 许健, 赵宇鴳, 王宇, 朱皓天, 王咏梅, 王文煜, 蔡志明
2022, 42(6): 1047-1059. doi: 10.11728/cjss2022.06.yg33
摘要(103) HTML全文(25) PDF 1476KB(43)
摘要:
金星火山和气候探测任务（Venus Volcano Imaging and Climate Explorer，VOICE）聚焦金星火山与热演化历史、水与板块运动、内部结构和动力学、气候演化和生命信息探索等重大科学问题，提出采用极化合成孔径雷达（Polarimetric Synthetic Aperture Radar，PolSAR） 、下视与临边结合的微波辐射探测仪（Microwave Radiometric Sounder，MWRS）和紫外–可见–近红外多光谱成像仪（Ultraviolet-Visible-Near Infrared Multispectral Imager，UVN-MSI）等三个先进的有效载荷，在350 km圆轨道上对金星全球表面和大气联合探测。 PolSAR将对金星全球表面进行高分辨多极化雷达成像；MWRS将对金星全球云下大气的热力结构和化学组成，云中可能的宜居环境及与生命相关大气成分进行探测；UVN-MSI则实现大气全貌成像、表面光谱成像和闪电检测。通过多种先进探测载荷和技术手段的结合，VOICE任务将揭示金星构造热演化历史和超温室效应机理，探索其宜居性和生命信息。VOICE任务的实施将实现国际金星研究探索中许多“零”的突破，为理解行星宜居性和太阳系演化提供极为关键的观测支持，对提升中国在国际深空探测与空间科学研究中的地位产生重大影响。
空间物理
太阳E10.7指数的反演及预报方法
雷蕾, 钟秋珍, 王晶晶, 师立勤, 苗娟
2022, 42(6): 1060-1067. doi: 10.11728/cjss2022.06.211026107
摘要(36) HTML全文(21) PDF 1746KB(9)
摘要:
针对高层大气密度预报和轨道预报业务中对新型太阳紫外辐射指数E10.7的需求，基于TIMED-SEE观测仪器提供的0.1～105 nm太阳辐射强度数据，开展了E10.7指数反演和中期预报研究。 E10.7指数是太阳光谱中波长为0.1～105 nm的辐射流量，单位与F10.7指数相同（sfu，1 sfu=10–22 W·m–2·Hz–1）。 TIMED-SEE观测仪器提供的0.1～105 nm太阳辐射强度实测值具有高时间分辨率、延迟时间短和易获得的优势，利用最小二乘法拟合可反演出准实时的E10.7指数，均方根误差为5.445 sfu。利用高阶自回归模型对E10.7的中期预报效果尚佳，未来27天的预报值平均相对误差为7.83%。利用同样方法还开展了E10.7指数81天中心滑动平均值未来27天预报试验，未来27天的预报值平均相对误差仅为3.63%。
IMF北向时太阳风粒子向磁层输运的试验粒子模拟研究
赵明现
2022, 42(6): 1068-1078. doi: 10.11728/cjss2022.06.210721078
摘要(118) HTML全文(17) PDF 2382KB(33)
摘要:
以ACE卫星实时观测数据驱动的全球磁流体模拟为背景场，选取2003年10月22－24日行星际磁场（IMF）持续北向的事件，使用试验粒子方法，对太阳风粒子向磁层输运的过程进行模拟研究，分析北向IMF下太阳风粒子注入磁层过程中粒子在磁层内的空间分布和时间演化特征。IMF北向期间，进入环电流区域的粒子在晨侧区域的密度大于昏侧，且晨侧的粒子分布范围更广。背阳面磁鞘中的太阳风粒子可以通过低纬边界层进入磁层，但很难通过南北侧磁层顶进入磁层。进入磁尾的太阳风粒子聚集形成冷而密的等离子体片（CDPS），模拟中CDPS的空间分布和密度大小与观测数据符合。在IMF长时间北向期间，磁尾的粒子数量呈现随时间增长的趋势，并存在约20 min的小幅度准周期变化和约5~6 h的较大幅度的准周期变化。
左旋寻常的极光千米波与辐射带高能电子相互作用的参数化研究
李文涛, 张赛, 贺佳贝, 邓舟坤, 杨奇武, 商雄军, 周庆华
2022, 42(6): 1079-1088. doi: 10.11728/cjss2022.05.210421054
摘要(46) HTML全文(10) PDF 6812KB(16)
摘要:
参数化研究了在L=4.5外辐射带区域左旋寻常（Left-hand Ordinary mode, L-O模）的极光千米波与高能电子的相互作用，定量计算了左旋寻常的极光千米波在不同峰值频率、传播角分布和纬度分布条件下的弹跳平均投掷角扩散系数、动量扩散系数和投掷角–动量交叉扩散系数。计算结果表明，动量扩散系数一般比投掷角扩散系数大100倍左右，说明动量扩散在L-O模与电子间的相互作用中起主导作用。随着传播角范围的改变，扩散系数均未发生明显变化，这说明L-O模与电子相互作用的扩散系数对传播角范围的依赖性很小。此外，扩散系数会因为L-O模纬度分布的改变而发生剧烈变化，该结果与之前得到的纬度分布对右旋奇异的极光千米波的影响是一致的。通过参数化研究结果表明，适当条件下，L-O模可能会显著影响外辐射带高能电子的动力学过程。
基于极大验后推估理论的全球电离层地图预报
刘昂, 王宁波, 李子申, 张研, 李昂
2022, 42(6): 1089-1099. doi: 10.11728/cjss2022.06.210812085
摘要(18) HTML全文(12) PDF 2749KB(5)
摘要:
提出了一种基于极大验后估计理论的全球电离层预报方法，基于中国科学院电离层分析中心（CAS）提供的快速全球电离层地图（GIM），实现了1天、2天和5天GIM的预报。以国际GNSS服务组织（IGS）最终GIM、Jason测高卫星提供的电离层观测信息及全球GNSS基准站实测电离层总电子含量（TEC）为基准，评估了2008－2017年CAS电离层预报GIM在全球大陆及海洋区域的精度，并与欧洲定轨中心（CODE）、欧洲空间局（ESA）和西班牙加泰罗尼亚理工大学（UPC）的预报GIM进行对比。在评估时段内，与IGS-GIM相比，CAS预报GIM精度为2.4~3.1 TECU；与测高卫星TEC相比，CAS预报GIM的精度为5.1~6.6 TECU；与全球基准站实测TEC相比，CAS预报GIM的电离层延迟修正精度优于80%。总体来看，CAS预报GIM与CODE预报GIM精度相当，显著优于ESA和UPC预报GIM。
基于最大似然估计的远紫外遥感反演电离层电子密度算法
冯桃君, 于钱, 张凯
2022, 42(6): 1100-1110. doi: 10.11728/cjss2022.06.211115118
摘要(35) HTML全文(6) PDF 2228KB(9)
摘要:
原子氧135.6 nm夜气辉主要由氧离子O+与电子的辐射复合反应生成，一些星载远紫外遥感观测任务证实135.6 nm夜气辉可用于反演电离层电子密度。针对远紫外临边遥感观测反演电离层电子密度，分析了135.6 nm夜气辉辐射强度与电子密度之间的非线型前向模型，基于离散反演理论设计了从夜间135.6 nm临边观测数据反演电子密度高度分布的反演算法，算法应用最大似然估计通过迭代求解电离层参数的最佳拟合值。通过仿真计算了TIMED卫星上全球紫外成像仪GUVI观测的反演结果，验证了本反演算法的可行性。对GUVI的实际观测数据进行反演，获得了电子密度高度分布。通过与GUVI数据的电离层参数对比分析得出，本文建立的反演模型使NmF2被高估，同时使hmF2被低估。对于不同的太阳活动强度，NmF2和 hmF2的系统误差分别在10%和5%以内，能较精确地获得电离层参数。精确获得电离层电子密度信息对于提高空间天气预报及电离层模型的修正具有重要意义。
夏季强对流活动对东亚低纬电离层不规则体影响的事件分析
尚社平, 史建魁, 程征伟, 王国军, 王铮, 王霄
2022, 42(6): 1111-1121. doi: 10.11728/cjss2022.06.211228135
摘要(30) HTML全文(21) PDF 3157KB(9)
摘要:
利用海南台站和东南亚地区的多种地基和天基观测手段，对2014年7月28日夜间观测到的东亚低纬F区不规则体事件的时空变化及其物理过程进行分析。结果表明，海南台站观测到了罕见的长时间持续的F区电离层不规则体，不同手段观测到的电离层不规则体存在明显的形态差异。不同台站观测到的电离层不规则体活动存在明显的差异。海南台站经度区南北异常峰附近的TEC起伏活动在日落后至午夜附近明显增强，在午夜后明显减弱。C/NOFS卫星轨迹午夜后逐渐接近于磁赤道，且处于较低高度上，几乎总会观测到弱等离子体扰动/泡的发生，与该区域地基观测的弱电离层不规则体活动存在明显的联系。SWARM卫星在黎明海南台站附近经度区仍观测到较强的赤道异常双峰结构，且西侧异常峰区附近仍存在明显的等离子体密度耗空/泡结构。海南台站西侧磁赤道区附近（中南半岛）强对流活动（MCC）激发的重力波种子扰动对东亚低纬区等离子体泡及准周期结构的产生发挥了重要作用。
曲靖地区电离层多参数变化特征
代连东, 丁宗华, 杨嵩, 苗建苏, 许正文, 吴健
2022, 42(6): 1122-1128. doi: 10.11728/cjss2022.06.211115117
摘要(18) HTML全文(14) PDF 2295KB(9)
摘要:
利用电波环境观测网曲靖站电离层垂直探测仪数据（2008－2018），分析了该站电离层多参数（包括fmin，f0Es，h'Es，f0E，f0F1，f0F2，h'F，MUF(3000)F2等）随太阳活动、季节、地方时的变化特征。结果表明，fmin，f0Es，h'Es随太阳活动变化不明显，f0E，f0F1，f0F2，h'F，MUF(3000)F2与太阳活动变化具有相关性，f0F2经常发生日落增强现象，同时各自具有独立性；与拉萨、乌鲁木齐地区f0F2，h'F，f0Es变化特征对比，发现地方时与月份变化趋势相同，但是极值出现的位置有所不同，这可能与各地区的地理纬度和地形等因素有关；h'F夜间大于白天，在日出日落时段有突然上升现象，冬季的h'F一般都小于其他季节；MUF(3000)F2与f0F2的变化特征相似，白天值高于夜晚值，春秋分季高于夏冬季，太阳活动高年日落后MUF(3000)F2一直维持较高值并持续到03:00－04:00 LT。
临近空间太阳紫外辐射环境模拟与地区差异
张轩谊
2022, 42(6): 1129-1136. doi: 10.11728/cjss2022.06.211208128
摘要(23) HTML全文(12) PDF 1670KB(8)
摘要:
太阳紫外辐射是临近空间能量输入的主要来源之一，对其在中层大气的辐射特性进行研究，是研究临近空间大气成分与密度变化、光化学反应以及动力学过程的重要基础。依托“鸿鹄”临近空间探测专项计划，利用MODTRAN5辐射传输模型及卫星实测数据，模拟并对比中国11个主要地形区上空临近空间（20~50 km）紫外辐射（200~400 nm）垂直分布和季节演变的异同，计算了臭氧含量、太阳天顶角和日地距离等关键因素对辐射强度的影响。结果表明，各地形区的辐射流量垂直分布廓线和年较差垂直分布廓线较为一致，在地理位置上毗邻的地区辐射特性及季节演变较为接近，但在太阳紫外的不同波段之间区别较大。研究成果为临近空间探测实验提供了数据支撑，为大气反演等相关领域提供参考。
西藏阿里地区的晴天大气电场特征
王诗涵, 李磊, 陈涛, 宋佳军, 提烁, 李文, 罗静, 苏建峰, 蔡春林, 李仁康, 吴晗
2022, 42(6): 1137-1144. doi: 10.11728/cjss2022.06.211115116
摘要(33) HTML全文(22) PDF 945KB(6)
摘要:
晴天大气电场是一个区域大气电场变化的基准场，是大气电场特性的研究基础。对于具有不同地质条件、地理环境和地形特点的区域，晴天大气电场特征具有明显区别。利用在西藏阿里地震台（80.12°E，32.51°N）安装的一台场磨式大气电场仪于2021年10月10日至2021年11月10日观测到的数据，通过对大气电场数据建模与分析，结合气象条件，得到西藏阿里地区23天晴天条件下的平均卡耐基曲线。经过平滑处理去除仪器噪声的波动，得到西藏阿里地区的晴天条件下的标准卡耐基曲线，进而与北京市昌平区十三陵观测台站（116.23°E，40.25°N）同期的晴天大气电场特征进行对比，并对其电场特性差异和原因进行了讨论。研究结果对分析高原地区晴天大气电场特征具有重要的参考价值和科学意义。
2021年10月11日地磁暴对两座变电站GIC的影响
高贺, 张倩然, 刘连光, 王鹏, 姜楠, 周立超
2022, 42(6): 1145-1151. doi: 10.11728/cjss2022.06.211130127
摘要(28) HTML全文(25) PDF 1287KB(5)
摘要:
近年来中国相继监测到地磁暴侵害电网、铁路轨道电路和油气管道系统产生的地磁感应电流（Geomagnetically Induced Current，GIC）数据，但是目前实测的GIC数据还相对较少。根据2021年10月9日日冕物质抛射事件（CME）产生的Kp指数为6的地磁扰动（Geomagnetic Disturbance，GMD）数据，500 kV阿拉坦变电站（48.7°N，116.8°E）和上河变电站（33.4°N，119.2°E）及输电系统的参数，分析了2021年10月11日地磁暴期间在两座变电站监测到的GIC数据以及输电系统参数对GIC量值的影响。结果表明：地磁暴在500 kV上河变电站产生的GIC比阿拉坦变电站GIC量值相对较大。分析结果说明，在这次磁暴事件中，输电线路导线电阻是影响变电站GIC的主要因素。
微重力与空间生命科学
中国空间站燃烧科学实验系统PIV单元地面试验
何丽芳, 郑会龙, 王希坤, 杨肖芳, 张晓武
2022, 42(6): 1152-1160. doi: 10.11728/cjss2022.06.211123121
摘要(42) HTML全文(30) PDF 2458KB(18)
摘要:
中国空间站燃烧科学实验系统是用于开展微重力燃烧实验研究的综合性科学实验平台，可以实现燃烧流场测量。为了验证燃烧科学实验系统粒子图像测速(PIV)单元对燃烧流场测量的功能与可行性，本文基于与在轨状态一致的连续激光器和相机的空间布局，搭建了地面层流圆孔射流试验平台，选取Al2O3，TiO2，ZrO2三种示踪粒子进行冷态试验与热态试验。试验结果表明，自主研制Nd∶YVO4泵浦连续激光器偏光角度合适，能照亮被测流场主流区域，燃烧科学实验系统PIV单元可用于低速燃烧流场测量；相同工况下，Al2O3粒子在冷态试验测量的速度值更接近于理论值，速度幅值比更接近1，更适用于低速流体测量。
不同粒径组合对植物栽培基质容重及孔性和水吸力的影响
唐永康, 沈韫赜, 艾为党, 吴志强, 毛瑞鑫, 吴浩, 胡伟, 冯红旗
2022, 42(6): 1161-1170. doi: 10.11728/cjss2022.06.220125009
摘要(17) HTML全文(12) PDF 980KB(3)
摘要:
研究粒径对栽培基质容重、孔性和水吸力的影响，以便为空间植物培养提供栽培基质。采用4种基质，即Profile基质（P）、黑陶粒（B）、白陶粒（W）和蛭石（V），各基质按照不同粒径（< 1 mm，1~2 mm，2~3 mm）组成设置了10种组合（体积百分比），研究测试不同粒径组合基质的基本理化特性、容重、孔性和水吸力。P和B基质的容重约0.70 g·cm–3。P基质含有较多矿质养分离子；增加小粒径基质颗粒占比，不同组合基质的容重、总孔隙度和持水孔隙度均显著增加，但通气孔隙度下降；在10种不同基质组合中，P7（40-60-0）、B8（10-70-20）和W4（10-60-30）分别具有最高的总孔隙度，P8（10-70-20），B1（20-50-30）和W8（10-70-20）具有最高的气水比，P3（50-50-0），B3（50-50-0）和W3（50-50-0）具有最高吸附水量；4种基质的平均总孔隙度和吸水量大小顺序为V>P>B>W。因此，P3（50-50-0）基质和B7（40-60-0）基质具有适中的容重、良好的孔性和较高的水吸力，适用于空间植物栽培。
空间探测技术
Development of High-energy Particle Detectors for Space Exploration
2022, 42(6): 1171-1184. doi: 10.11728/cjss2022.05.210611068
摘要(52) HTML全文(20) PDF 5516KB(10)
摘要:
基于期望最大算法的空间事件及异常值探测
刘劲宏, 吴晨韵, 徐劲, 杜建丽, 雷祥旭
2022, 42(6): 1185-1192. doi: 10.11728/cjss2022.06.211124123
摘要(32) HTML全文(25) PDF 2315KB(6)
摘要:
美国ELSET数据库提供的TLE数据是目前使用最广泛的数据，在热层大气密度反演、弹道系数估计、碰撞预警等领域具有重要作用。受空间环境扰动、空间事件以及TLE产生过程等共同影响，ELSET数据库包含大量亟待清理的异常值和识别的空间事件，例如发布错误的TLE、轨道根数异常和Bstar异常。现有方法在清理异常轨道根数时缺乏统一性，需要使用不同的技术，清理流程较为繁杂，并且仅适用于特定轨道区域的少数目标。为克服现有方法的弊端，提出了一种基于期望最大算法的滑动窗口–多项式拟合预报方法，对含有轨道机动的碎片以及受空间环境影响的碎片进行异常值与空间事件探测。研究表明，该方法能够灵活处理不同空间环境下的异常值与空间事件探测，具有普适性，适用于所有轨道碎片。
地磁测量卫星的矢量磁场在轨标定算法仿真
杜雯, 黄河, 周军
2022, 42(6): 1193-1203. doi: 10.11728/cjss2022.06.211224131
摘要(49) HTML全文(18) PDF 2232KB(9)
摘要:
以SWARM为代表的高精度地磁测量卫星对地球磁场探测精度经过标定之后优于0.5 nT，对于开展地磁科学研究具有重要意义。地磁测量卫星通过安装在伸展杆上的矢量磁通门磁强计、标量磁强计和高精度星敏感器，获取测量方向的惯性空间姿态的地磁信息，其中高精度标量磁强计主要用于对磁通门矢量磁强计进行标定。针对地磁测量卫星，研究了矢量磁强计在轨测量误差的校正方法。考虑到矢量磁强计非正交角、标度因子以及偏差的影响，建立磁场矢量线性输出模型；结合标量磁强计的测量值分别设计基于小量近似的线性校正算法和基于参数辨识更新的非线性校正算法；校验两种算法的标定精度，并通过Tukey权重函数改善算法的鲁棒性。仿真结果表明，两种算法校正结果相似，磁场三轴误差可校正至0.5 nT以内，在标量磁强计存在异常值时仍具有较好的校正效果。
基于包应用标准的紫外极光成像仪通信控制系统的设计与实现
刘晓红, 王咏梅, 王天放
2022, 42(6): 1204-1209. doi: 10.11728/cjss2022.06.211108112
摘要(18) HTML全文(9) PDF 898KB(5)
摘要:
在中国传统航天器中，通信系统格式通常各不相同。随着载荷越来越复杂，通信系统的格式往往需要重建，而且由于缺乏灵活性，会产生许多限制。对于SMILE卫星中的紫外极光成像仪（UVI）工程任务, 为与国际对接，提高数据处理的效率，设计实现了基于遥控遥测包应用标准（PUS）的通信与控制系统，根据通信与控制系统的构成及工作原理，PUS业务的选择和实现，对通信功能进行设计，按照PUS标准完成遥测遥控功能，并基于PUS业务提出故障诊断和处理方法。通过对系统进行集成测试，结果表明电控箱通信与控制系统工作稳定，能够完成指令处理、科学数据接收存储、故障诊断以及多种数据包发送，满足任务需求。
基于数据表的载荷管理软件在轨工作自主控制设计
葛菲, 张乔, 张雅娟
2022, 42(6): 1210-1221. doi: 10.11728/cjss2022.05.210429057
摘要(27) HTML全文(8) PDF 990KB(9)
摘要:
目前有效载荷在轨工作呈现多样化的趋势，为更好地适应这种多样化的任务，设计了一种在轨工作自主控制方案。该方案对多个型号的软件需求进行归纳整理和统筹分析，对在轨工作自主控制进行模块和功能划分，解决了多个载荷管理软件在轨工作控制需求差异化带来的多样化、定制化问题。通过引入可配置设计思路，建立数据表对载荷工作流程进行配置，解决了对特定载荷在轨工作流程的适配性问题，可实现多载荷多任务的在轨工作自主控制功能。该方法已在多个型号卫星的载荷管理器上使用，满足载荷单元工作流程多样化的要求。软件的重复使用不仅大大提高了软件设计和测试阶段的时间，缩短软件研制周期，还可以降低软件开发成本，并且提高软件整个研制阶段的可靠性。
极化复用方式下高性能数传基带奇偶合路实时处理方法
张鑫宇, 杨甲森, 张雪丰, 徐聪, 陈志敏, 智佳, 陈托
2022, 42(6): 1222-1229. doi: 10.11728/cjss2022.06.211125125
摘要(32) HTML全文(22) PDF 1103KB(9)
摘要:
数传基带奇偶合路实时处理，是极化复用方式下卫星过境弧段即时判读星载设备状态及获取空间科学探测成果的前提和基础。面向空间科学卫星高速数传实时处理需求，针对传统合路处理方法受限于内存拷贝与排序操作导致处理性能较低的问题，提出一种使用环形队列对数据进行内存管理并基于各虚拟信道奇偶单路传输帧计数自然有序特征进行合路处理的新方法，有效规避频繁的内存移动与复杂耗时的排序操作，显著提升奇偶合路实时处理性能。空间科学卫星任务的工程实践结果表明，所提方法的实时合路性能满足ASO-S卫星1 Gbit·s–1和CASEarth卫星1.6 Gbit·s–1的高速数传实时处理需求。
空间智能
基于双层博弈的多臂在轨服务航天器路径规划
高添, 吴云华, 张枭, 岳程斐
2022, 42(6): 1230-1238. doi: 10.11728/cjss2022.06.yg32
摘要(43) HTML全文(22) PDF 1968KB(16)
摘要:
针对在轨服务多臂航天器系统高精度的位姿协同要求及其运动过程中的避障约束，提出一种基于机械臂末端（腕关节）和肘关节的双层博弈多臂路径规划方法。研究建立了多臂运动学模型，在博弈论基础上建立多臂的博弈模型；给出了双层博弈的基本算法流程及其纳什均衡解的求解策略；以动目标多臂围捕为场景进行仿真分析，验证所提出算法末端精确跟踪抓取和肘部避障能力的有效性和实用性。所得结果可为多臂在轨服务航天器的智能化路径规划与控制提供新的解决方案。

期刊介绍

ISSN 0254-6124       CN 11-1783/V

版权所有 © 《空间科学学报》编辑部  京ICP备08100722号

本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发