火星空间环境磁场探测研究——高精度磁强计

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测。火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响,萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的。此磁强计在工作原理及具体设计上,考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求。通过装星前的地面标定测试,验证了萤火一号磁强计可以在-130～75℃温度范围内测量±256nT以内的磁场,分辨率可达到0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求。     

火星车磁通门磁强计技术

火星磁场测量是国际火星探测任务的焦点之一,中国首次火星磁测任务通过在巡视器(即火星车)和环绕器上同时搭载磁强计,实现对火星磁场的火–空联合观测。巡视器磁强计载荷选用双探头三轴磁通门磁强计,采用亥姆霍兹补偿线圈型探头技术和全数字闭环反馈电路技术,实现空间磁场的高精度同点测量。单机在设计上考虑了可靠性安全性设计和空间环境适应性设计。经地面标定,单机量程可达到±6.5万nT,噪声水平优于0.01 nT/√Hz,分辨率达到了0.01 nT。     

火星等离子体环境探测

萤火一号(YH-1)探测器将对火星空间环境进行独立而深入的探测研究,探测各空间区域的等离子体特性及其对太阳风扰动的响应,以及火星离子逃逸过程,研究太阳风对火星水体损失的影响。为了实现这一目标,萤火一号搭载了等离子体探测包,包括2个离子分析器和1个电子分析器,具有较高的时间分辨率、能量分辨率,可以探测0.02～10 keV的离子、电子,同时能够对粒子的入射方向及1～44 au(1 au=9.1095×10~(-31)kg)质量范围内的离子成分进行分辨。本文阐述了萤火一号等离子体探测的科学意义,并对等离子体包的工作原理,仪器设计进行了介绍。     

萤火一号火星探测计划的科学目标

与其他行星相比火星是与地球最为相似, 也是最有可能在其上发现地球以外生命现象的一颗行星, 因此特别受到人类的关注. 近年来, 有国家已经发射了火星探测器, 并启动了载人火星探测研究计划. 中国是世界上第五个具备自主发射人造卫星的国家, 也是世界上第三个具备自主开展载人航天活动的国家. 但是中国在深空探测领域才刚刚起步. 2007年中俄两国签署了联合探测火星计划, 俄罗斯负责将中国研制的一颗微小卫星------萤火一号发送至火星轨道. 萤火一号将开展自主探测, 并与俄罗斯的火卫一探测器开展联合探测. 本文综述了萤火一号任务提出的科学背景及科学目标, 简要介绍了为实现科学目标配置的有效载荷, 以及入轨后的主要探测任务, 并对其科学探测结果进行了初步的展望.      

磁通门磁强计在深空探测中的应用

磁场测量是深空探测的重要任务之一,通过磁场可以遥感行星内部、研究行星演化历史、认知太阳系天体空间环境。基于法拉第电磁感应原理的磁通门磁强计,因空间适应性强、技术成熟度高、可靠性高等特点,是深空磁场测量最为常用的载荷。简要描述了磁通门磁强计的基本测量原理,探讨了地面和在轨标定的原理和实施方法,并介绍了磁强计在空间任务中的应用方式。目前,我国已经具备了星载高精度磁通门磁强计的研制能力。在不久的将来,磁通门磁强计有望在深空探测任务中发挥重要作用。     

萤火一号火星探测器轨道设计与科学探测事件分析

针对萤火一号火星探测器在2011年发射窗口的轨道进行初步设计.在此基础上,分析了萤火一号火星探测器绕火星飞行的轨道特性,预报其穿越火星弓激波和磁堆积区域、CCD相机拍照时刻,其与深空站进行星-地掩星试验和与俄罗斯Phobos-Grunt火星探测器进行星-星掩星试验的时刻.结果表明,萤火一号火星探测器在与俄罗斯Phobos-Grunt分离后一年的环火飞行时间里,存在大量的科学探测机会.     

电磁监测试验卫星矢量磁场探测方法

电磁监测试验卫星是中国第一颗近地轨道电磁场科学探测试验卫星, 探测空间背景磁场是其重要任务之一. 空间背景磁场探测需要在卫星平台上对空间矢量磁场进行长期稳定准确探测, 电磁监测试验卫星采用磁通门磁强计和基于CPT效应的绝对磁场校准装置(Coupled Dark State Magnetometer, CDSM)分别探测空间相对矢量磁场以及绝对标量磁场, 通过数据处理, 使最终的矢量磁场探测数据具有准确性. 这种数据处理方法在理想模型下拥有解析解, 实施过程中载荷的噪声、 准确度及稳定性影响模型的准确性, 会产生数据校准误差. 通过对在轨磁场探测的模拟确定了这种数据处理方法的性能, 验证了在载荷设计性能的基础上电磁监测试验卫星的磁场探测可以实现1 nT的准确度.      

地磁测量卫星的矢量磁场在轨标定算法仿真

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。      

萤火一号深空测控设备

深空测控通信是实施深空探测的关键技术, 萤火一号探测器是中国第一个深空探测器. 本文介绍了深空测控通信的特点、存在的技术困难及需要攻克的关键技术, 描述了萤火一号火星探测器的测控通信技术方案及星载测控设备的功能分配, 给出了星载测控设备的基本配置情况及主要技术指标. 萤火一号探测器的测控和数传采用一体化设计方案, 在10 kg重量约束条件下, 实现了上行遥控通道及下行遥测通道, 具备科学数据传输通道及测定轨信号发送的功能, 而且每个通道均具有冗余备份设备.      

基于绝对磁场测量的磁通门磁强计在轨标定方法

卫星在轨进行磁场测绘及监测时,需要高精度的磁场值,但由于磁通门磁强计三轴非正交性以及零点漂移所引起的误差大大降低了磁强计的测量精度,因而有必要对此进行校正.本文利用绝对标量磁强计,采用一种改进的最小二乘标定算法,通过不断迭代实现对磁通门三轴正交性和零点漂移的修正.结果表明,在考虑了磁强计本身噪声水平的实际情况下,磁通门磁强计的误差可由100nT左右修正到0.2nT以内.该算法为卫星在轨高精度磁场测量提供了一种可行的方法.      

YingHuo-1——Martian Space Environment Exploration Orbiter

This paper gives a brief introduction of YingHuo-1 (YH-1), a Chinese Martian Space Environment Exploration Orbiter. YH-1 is a micro-satellite developed by Chinese Aerospace Industry,and will be launched together with Russian spacecraft, Phobos-Grunt, to orbit Mars in September,2009. Four payloads are selected for the mission, plasma package, including of electron analyzer, ion energy and mass analyzer; sat-sat occultation receiver; flux-gate magnetometer; and optical monitor.YH-1 mission focus on the investigation of the characteristics and its evolution of the Martian space Environment, and identifying major plasma processes, which provide channels for Martian volatiles escaping.      

YingHuo-1——Martian Space Environment Exploration Orbiter

This paper gives a brief introduction of YingHuo-1 (YH-1), a Chinese Martian Space Environment Exploration Orbiter. YH-1 is a micro-satellite developed by Chinese Aerospace Industry,and will be launched together with Russian spacecraft, Phobos-Grunt, to orbit Mars in September,2009. Four payloads are selected for the mission, plasma package, including of electron analyzer, ion energy and mass analyzer; sat-sat occultation receiver; flux-gate magnetometer; and optical monitor.YH-1 mission focus on the investigation of the characteristics and its evolution of the Martian space Environment, and identifying major plasma processes, which provide channels for Martian volatiles escaping.     

空间碎片自然衰减和太阳活动

分析研究了空间碎片数随太阳辐射流量Ｆ１０．７的变化;给出预报Ｆ１０．７长期变化的计算方法和预测空间碎片数的数学模型。结果显示：①强太阳活动造成空间碎片年增长率下降;②空间碎片数与太阳活动１１年变化密切相关,相关数为０．９;③空间碎片增长率约为发射率的两倍;④若发射率保持不变,则到２０２０年,大于１０ｃｍ的碎片数将达到１４５００;⑤若小碎片的增长为大碎片增长的两倍,则到２０２０年,大于１ｃｍ的碎片数可达１２５０００。     

The PAMELA experiment: A space-borne observatory for heliospheric phenomena

PAMELA is a multi-purpose apparatus composed of a series of scintillator counters arranged at the extremities of a permanent magnet spectrometer to provide charge, time-of-flight and rigidity information. Lepton/hadron identification is performed by a silicon–tungsten calorimeter and a Neutron detector placed at the bottom of the device. An Anticounter system is used offline to reject false triggers coming from the satellite. The device was put into orbit on June 15th 2006 in a pressurized container on board the Russian Resurs-DK1 satellite. The satellite is flying along a high inclination (70°), low Earth orbit (350–600 km), allowing to perform measurements in different points and conditions of the geomagnetosphere. PAMELA main goal is a precise measurement of the antimatter ( 80 MeV–190 GeV, e⁺ 50 MeV–270 GeV) and matter (p 80–700 GeV, e⁻ 50 MeV–400 GeV) component of the galactic cosmic rays. In this paper we focus on the capabilites of observations of heliospheric cosmic rays: trapped and semi-trapped particles in the proton and electron belts, solar particle events, Jovian electrons will be studied in the three years of expected mission.