行星低频射电爆发的空间探测进展

在低频电磁波频带,部分行星类天体不仅存在热辐射,还存在非热的爆发辐射。其中代表性的非热辐射是行星极光射电辐射爆发,包括千米波爆发、木星百米波爆发及10米波爆发。人类对太阳系的这些射电爆发已经开展了数十年的地面和空间探测,这些探测方法可以作为遥感手段拓展用于对木星磁场及其内部构造的探测。然而,关于行星射电爆发及其变化特性和机理尚未得到完全揭示,还有许多待解之谜。太阳系外其它行星系统极可能发生类似木星的低频射电爆发。随着空间探测技术的发展,射电天文学领域在低频波段的观测能力延展覆盖到了千米、10千米波长的电磁波。未来在空间采用大型低频射电阵列有可能在揭示行星爆发机理和探测系外行星方面做出贡献。已实施的"嫦娥四号"月球探测任务携带的低频射电探测设备,作为探路者有机会在地球和木星射电爆发探测方面进行探索,获得数据并积累更多的经验。     

在月球背面进行低频射电天文观测的关键技术研究

月球具有足够大的尺寸,能够有效地遮挡来自地球的低频电磁波干扰,因此月球背面是进行低频射电天文观测的最佳场所。本文论述了利用低频射电频谱仪在月球背面进行空间低频射电天文观测的意义,给出了低频射电频谱仪工作原理、科学探测目标和系统组成。研究了低频射电频谱仪的设计,并采用低频射电频谱仪对北京中关村地区空中低频电磁波辐射频谱进行了试验探测,结果表明:低频射电频谱仪能够清晰地探测到0.1~40 MHz频带内的广播电台及授时台等发射的低频电磁波信号。     

月球轨道编队超长波天文观测微卫星任务

月球背面能够有效屏蔽来自地球并同时遮挡来自太阳的射电信号干扰,拥有太阳系中近乎最安静的电磁环境,是开展空间超长波天文观测的最佳选择区域。在立足完成空间干涉实验的基本任务目标基础、并力争实现重大科学发现的研究思路基础上,研制并发射两颗微卫星,搭载"嫦娥4号"任务进入地月转移轨道,自主完成地月转移、近月制动,在有效燃料约束下形成环月大椭圆轨道编队,构建环月超长波天文干涉仪。说明了系统的工作模式,对数据处理与科学分析方法进行了论述,包括数据预处理、干涉成像与全天功率谱获取角度,进而从支持服务模块和科学载荷模型两个方面对微卫星方案进行了简要概述,凝练了项目任务解决的关键科学与技术问题。月球轨道编队超长波天文观测微卫星的实施将通过全球首个绕月近距编队飞行系统,构建全球首个星–星干涉射电天文观测系统,进而打开人类认识宇宙的新窗口。     

基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究

目前已有空间探测器对太阳的甚低频射电爆发进行的探测主要是频谱观测,针对太阳低频射电爆发的成像观测仍然是空白,利用空间矢量天线可以对太阳低频射电爆发(包括Ⅱ型和Ⅲ型暴)进行空间定位和一定的成像观测。研究针对空间(甚)低频射电探测器对太阳射电爆发的探测,提出了利用三极子矢量天线对太阳爆发进行定位的算法;基于部分空间甚低频设备的观测数据,在不同条件下对算法进行了仿真,同时针对"嫦娥四号"上的甚低频射电探测器(同样采用了三极子矢量天线),分析了其探测太阳低频射电爆发的能力。结果表明:当信号的信噪比达到10 dB以上时,矢量天线可以实现度量级的定位精度,并进一步分析了空间低频探测器探测太阳低频射电爆发的能力。     

嫦娥四号任务科学目标和有效载荷配置

嫦娥四号探测器由中继星、着陆器和巡视器组成.其科学目标为:月基低频射电天文观测研究,月球背面巡视区浅层结构探测研究以及月球背面巡视区形貌与矿物组分探测研究.共配置6台有效载荷设备,其中3台载荷设备配置在着陆器上,分别为降落相机、地形地貌相机和低频射电谱仪,其余3台配置在巡视器上,分别为全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪.本文主要论述了嫦娥四号任务的科学目标、着陆区概况、有效载荷配置及系统设计、各有效载荷任务和主要技术指标等.      

“嫦娥4号”任务有效载荷系统设计与实现

"嫦娥4号"任务将首次实现人类在月球背面软着陆。通过分析任务特点,以多类型有效载荷配置为背景,介绍了以科学目标和探测任务为核心的有效载荷系统设计思路和实现方法。同时针对首次在深空探测领域搭载国际合作有效载荷项目情况进行了说明。"嫦娥4号"任务最重要的科学目标是利用月球背面洁净的电磁环境进行天文低频射电观测,因此分别在着陆器和中继星上新增配置了国内新研制的低频射电频谱仪及荷兰研制的低频探测仪。科学探测的太阳爆发产生的低频电场信号极其微弱,如何消除着陆器和中继星上其他电子设备发射的近场噪声对远场探测信号的干扰就成了本次任务的最大难点。在相关研制单位的多方努力下,通过优化接收天线设计和地面数据处理算法等多种手段,实现了低频探测信号不低于30 d B的噪声抑制性能,具备了实现科学目标的能力。     

“嫦娥4号”月球背面软着陆任务设计

介绍了"嫦娥4号"月球背面软着陆任务设计方案。着陆区初步选定为月球背面南极–艾特肯(South PoleAitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑内。采用中继星实现着陆器和巡视器的对地通信,并选择环绕地月拉格朗日L2点的halo轨道作为其使命轨道。采用CZ-4C火箭和CZ-3B火箭,分别完成中继星和着陆器–巡视器组合体的发射。两器一星上共配置了6台国内研制科学载荷和3台国际合作科学载荷,开展以低频射电天文观测、巡视区形貌、矿物组份及浅层结构为主的科学探测。此外,还搭载了2颗月球轨道编队飞行微卫星、月面微型生态圈和大孔径激光角反射镜,分别开展超长波天文干涉测量试验、月面生态系统试验和超过地月距离的激光测距试验。通过创新设计顶层任务,充分继承成熟技术和产品,增加中继通信功能模块,开放资源引入高性能载荷和搭载项目,将实现一次低成本、短周期、大开放、高效益的月球探测任务。     

2004∽2009年间的空间探测（下）

3空间天文观测 空间天文观测主要围绕着美国的“寻找行星系统的源”和“宇宙的结构与演变”这两个战略课题进行。前者将观测最早星系的诞生、恒星的形成，发现在太阳系周围的所有行星系统，发现能维持生命的行星，了解在太阳系以外是否存在生命；后者将研究宇宙是怎样开始的?时间有开始和结束吗?     

太阳系内行星探测活动进展与展望

行星探测是人类认识宇宙的重要手段，随着航天技术的不断发展，主要航天国家先后实施了百余次太阳系内行星探测活动，实现了太阳系内行星的飞越、环绕、着陆、巡视及采样返回。结合已实施的系内行星探测活动和将要开展的系内行星探测任务，分析了行星探测任务的特点，总结了行星探测的主要科学问题及主要发现，展望了系内行星探测的发展趋势，并结合我国行星探测近期发展规划，提出了中长期发展路线设想与引领任务建议，可为我国行星探测任务规划提供支持。     

2004～2009年间的空间探测(下)

3 空间天文观测□□空间天文观测主要围绕着美国的“寻找行星系统的源”和“宇宙的结构与演变”这两个战略课题进行。前者将观测最早星系的诞生、恒星的形成,发现在太阳系周围的所有行星系统,发现能维持生命的行星,了解在太阳系以外是否存在生命;后者将研究宇宙是怎样开始的?时间有开始和结束吗?大爆炸的能量是什么?在黑洞的边缘,空间、时间和物质是一种什么样的情况?什么是让宇宙膨胀的暗能量?为了回答这些问题,需要进行高水平的空间天文观测。3.1 引力探测器-B 引力探测器-B于2004年4月20日发射,基本目的是验证爱因斯坦的广义相对论。(…     

无人机机载干涉阵列外场试验平台

超长波波段的电波波长为十米到几百米,如果要在超长波波段对宇宙射电信号实现高分辨率成像,天线口径通常需要达到波长数百倍乃至数千倍以上,传统的单天线方法不再适用.月球背面是在日地空间中开展超长波观测的最佳地点.空间分布式被动微波干涉成像技术的主要思想是利用分布式卫星星座,在深空实现超大的干涉测量基线替代大口径天线,实现对宇...     

2020年全球重要空间科学发射任务

2020年全球重要的空间科学发射任务约10次，主要集中在行星科学，包括4次火星探测和1次月球探测。中国GECAM卫星、欧洲太阳轨道探测器以及嫦娥五号和火星探测等任务都计划发射升空，为开展空间引力波研究、太阳爆发机制、行星起源和演化等科学前沿取得发现奠定重要物质技术基础。      

宇宙和生命的进化

运动是宇宙万物的最基本属性，辩证法认为，事物在否定之否定中不断由低级形态向高级形态演化，这一进程遵循着从简单到复杂、从量变到质变的轨迹。 　生命的进化论最开始是 19世纪由达尔文等人在物种起源的研究中引进的，并且很快地按照其基本精神被推广到人类文化的各个领域，形成了“达尔文主义”。在物理学的研究中，科学家和哲学家康德则比达尔文更早地应用了演化的思想，最先提出太阳系是经过演化形成的观点。而在 20世纪，由于哈勃对宇宙膨胀的天文观测，由于时间在科学中被重新讨论，宇宙本身的演化已经占据了人们的心智。 　在宇宙…     

中国空间引力波探测“太极计划”及“太极1号”在轨测试

我国空间引力波探测"太极计划"将打开中低频段(0.1 mHz～1 Hz)的引力波观测窗口,为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术,太极计划提出了"单星""双星"和"三星"3步走的发展路线图。目前"单星"计划——"太极1号"发射成功,并圆满完成了第一阶段的在轨测试。本文将简要介绍空间引力波探测的科学价值、国内外背景和关键技术分解,重点对太极计划及其3步走发展规划进行分析,并提出后续工作的一些设想和发展建议。     

嫦娥系列探月卫星无线电科学实验简介

在"嫦娥1/2/3号"系列探测任务中开展了行星无线电科学探测实验,这些工作包括:使用天文VLBI技术对探测器进行工程和科学测轨、定位观测,开环和闭环测速测距观测,基于微波观测重构和优化月球重力场模型,通过重力异常揭示质量瘤和撞击盆地。星载或器载主/被动雷达设备还用于探测月壤和月球内部结构。在"嫦娥2号"任务中,实现了对拉格朗日平动点利萨如轨道飞行的测控,以及对图塔蒂斯小行星的飞掠探测。在"嫦娥3号"任务中,实现了多通道开环3向相位测距和多普勒测速技术。该月球无线电相位测距技术LRPR作为一种新的空间测量技术,可以用于测定台站的位置、潮汐、星体的自转特性。还可以与月球激光测距技术LLR融合,监测月球动力学运动变化,并有潜力用于未来的火星探测任务。     

美国发射高能天文观测卫星—3

9月20日,美国航宇局的HEAO-3科学卫星(高能天文观测卫星)在肯尼迪空间中心成功地用宇宙神-人马座运载火箭发射入轨。这是高能天文观测卫星系列中的最后一颗星。 HEAO-3的任务与它的两个先驱星稍有不同。HEAO-3和HEAO-2用以测量X-射线和寻找X-射线源,而HEAO-3将用来探测X-射线     

日本天文-H卫星升空后不久失联

1 项目背景 日本自20世纪70年代中期开始,就以日本宇宙航空研究开发机构下属的宇宙科学研究所(ISAS,原文部省宇宙科学研究所)为核心开始研发和应用以X射线天文卫星为主的天文卫星.1976-2005年,日本共发射了7颗X射线天文卫星,其中5颗发射成功,按预定计划执行了一系列观测任务,取得了不斐的成绩.如:利用天文-D于1993年4月5日成功捕获到了刚发现的M81银河系的超新星SN1993放射出的X射线;利用2005年发射的天文-E2卫星配备的软X射线望远镜(SXT)所进行的一系列观测活动,不仅大幅拓展了观测范围(从原来的软X射线拓展到软γ射线),而且发现了距地球较近(8000万光年)处的黑洞,对人类了解宇宙结构、掌握宇宙全貌、厘清宇宙进化发挥了重要作用.     

质谱计在行星系统与小天体探测中的应用

质谱计多次应用于行星系统和小天体的大气层与土壤吸附气体或挥发组分及其同位素含量探索,是太阳系行星系统和小天体探测计划中的首选载荷之一。大气和土壤元素及其同位素组分探测对资源勘探、行星系统的宜居性、天体演化、起源及其重要事件的精准时间坐标研究等具有重要意义。质谱计已多次成功应用于火星、土星系、木星系、彗星等探测任务中开展大气环境探测。质谱计的探测对象主要包括太阳系行星、行星卫星如月球、木星伽利略卫星、土卫,以及地外小行星和彗星。四极杆质谱计在当前的深空空间环境探测活动中应用最为广泛。利用四极杆质谱计除可用于探测稀薄天体大气与土壤析出气体外,如增加抽真空能力的前端设计,则具备探测稠密大气成分的能力。中科院空间中心研发的星载质谱计已多次成功应用于地球行星大气成分和密度探测。     

金星火山与气候探测任务

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。      

欧空局大步迈向宇宙

回首过去,对欧洲空间局(简称欧空局)来说,最大的遗憾是忽视对行星和银河系的探测。最近,欧空局宣布:未来十五年将优先安排宇宙探测计划。 欧空局首席科学家罗格·波尼特宣布了欧空局2008年至2013年的科学计划。这些由空间科学顾问委员会提出的建议包括五项新的欧空局计划和一项预备计划,还有少