天基空间环境探测北京市重点实验室

正天基空间环境探测北京市重点实验室依托中国科学院国家空间科学中心空间环境探测研究室,是中国天基空间环境探测领域的开创者和引领者。现任实验室主任为孙越强研究员,学术委员会主任为万卫星院士。一、总体定位面向世界科技前沿、国家重大需求和首都经济社会发展需要,发展国际一流或世界领先的天基载     

空间目标在天基光学探测中的特性分析与仿真

分析了空间目标的分布及几何特性,研究了空间目标光学特性与天基探测系统、太阳以及目标自身参数的关系,提出了空间目标光学特性仿真的思路,建立的天基空间目标光学特性分析系统可以计算并绘制相对距离、太阳相位角及目标星等变化曲线.由于很难获取准确的空间目标实际光度数据,文中提出了对仿真结果的验证方法.通过对仿真结果的分析,得出了天基空间目标光学探测的特点,为天基光学探测和识别的研究提供了参考.      

美国天基空间态势感知系统发展

随着全球空间优势争夺加剧、空间碎片增长以及空间对抗技术发展,空间安全日益成为全球关注的焦点。空间态势感知包括对空间目标的探测、跟踪、识别、编目、表征,对空间事件的评估、核实,以及对空间环境的监测预报等,是了解与应对空间威胁、确保空间安全的基础,近年来受到航天国家高度重视。美国作为拥有最多空间资产、对空间依赖最强的国家,大力发展空间态势感知能力,重点发展具有全天时、全天候探测优势的天基系统,实施了一系列天基空间态势感知装备部署和技术研发计划,构建全维空间态势感知能力。天基空间态势感知系统包括专用空间目标监视卫星、具有空间监视能力的导弹预警卫星、具有空间目标监视能力的技术试验卫星,以及空间环境监测卫星。本文重点关注专用空间目标监视卫星和有关技术试验卫星。     

天基空间碎片光学探测影响因素分析及仿真

光学手段在天基空间碎片探测中被广泛应用,但容易受到杂光等因素影响。结合在轨试验数据,从探测器和碎片两方面分析了影响天基空间碎片光学探测的因素。影响探测器探测效果的因素包括太阳光、月光、地气光、大气辉光等杂光及南大西洋异常区辐射等;影响碎片可见性的因素包括地球遮挡、地影及反射的太阳光等。分别给出了上述影响因素涉及的特征量及规避影响的计算方法。基于某天基探测设备的仿真结果表明,上述影响在自然交会及姿态机动模式下均可能发生,在试验设计时需被充分考虑。最后,针对某天基空间碎片探测任务进行了规划。文章对天基光学探测试验设计具有一定的指导意义。     

星载FPI探测低热层温度的研究

80～350km高度区域的大气温度与风场探测研究对于认识全球性空间动力学和日地耦合机制具有重要科学意义.法布里-珀罗干涉仪(FPI)能够通过分析接收光的干涉环反演计算出一定高度大气层的风场和温度.近年来,中国利用多种地基探测设备对中高层大气进行了观测研究,对于温度反演和星载探测技术的研究开始起步.本文基于系统传输函数和发射谱线函数的卷积,讨论了利用FPI探测高空大气温度反演计算的原理;分析了星载FPI探测的方法,根据星载FPI探测与地基探测的不同点,仿真了星载探测干涉图;结合中国观测技术现况及空间探测需要,讨论了发展星载空间环境探测仪的可行性.      

中国载人航天工程的外部设计

在“神舟号”载人飞船工程实现了中国人往返于天地间的目的之后 ,中国应审慎地选择发展载人航天的目标。文章从中国社会对载人航天的需求出发 ,讨论了以开发利用空间微重力物质环境为目标的空间站和以发展天基航天为目标的天基航天站的外部工程系统的环境条件 ,认为中国在运载火箭、发射和回收场、测控站网方面已有较好基础 ,基本具备条件 ,运人运输器已有“神舟号”载人飞船 ,运物运输器的研制也不困难 ,但在为保障航天员在空间生活、工作的航天员系统方面和为实现载人航天工程功能和显现价值的有效载荷系统方面欠缺较多 ,需要一个研究、试验、培训和开发、演示的发展阶段     

选择中国载人航天发展目标的讨论

回顾人类载人航天 40余年的历程 ,出现过一些弯路 ,究其原因是多方面的 ,但主要的是如何合理选择各自的发展目标。发展载人航天的目标大致可有6项 :开发利用空间微重力环境物质资源 ,开发利用空间轨道能源资源 ,开发利用月球能源资源 ,发展天基航天利用空间位置资源 ,在月球上扩大人类生存空间 ,在火星上扩大人类生存空间。文章系统分析了国际上现有载人航天工程的经验和教训 ,认为结合中国的具体实际 ,中国载人航天发展的目标应重点考虑开发利用空间微重力环境物质资源和发展天基航天。     

"地球空间双星探测计划"及其有关合作

空间物理和空间环境探测对空间知识创新、探测技术创新及空间物理研究和空间环境预报的创新起着至关重要的作用.我国在空间运载技术方面已进入国际先进行列,但在空间探测技术方面与国际先进水平相比还有较大差距.这是限制我国空间科学和技术发展的重要因素之一.     

基于STK的美国天基预警系统仿真研究

正本文基于STK软件对美国天基预警系统进行了仿真和分析。首先调研了美国天基预警系统的组成和星载探测器参数,在此基础上基于STK软件构建了美国天基预警系统的仿真模型,最后从天基预警系统覆盖性能和探测效果两方面分析了该系统的威力范围和探测能力。     

基于天基光学探测图像初析南大西洋异常区影响

文章针对目前在轨运行的高灵敏度探测类可见光遥感器经过南大西洋异常区（SouthAtlanticAnomaly,SAA）时出现的探测能力降低、目标无法识别等现象,通过卫星在轨获取的SAA天基探测图像研究图像中出现的异常现象机理;提出了基于CCD探测器固有暗像元区的图像特征变化开展SAA影响评估的方法,根据在轨图像暗像元区的均值和标准差、图像区的热像素及活像元等特征参数的统计分析,判断经过SAA过程中连续获取的图像中出现显著影响时的拐点,通过曲线拟合估算出该轨道高度的SAA空间分布特征和边界,依此进一步提出利用在轨天基探测图像给出测量影响该轨道高度卫星SAA区域边界的简单方法;最后,基于SAA对天基探测器件的影响分析结果和认识,给出了高灵敏度探测类卫星避免或消除SAA影响的改进措施和建议。文章采用的数据分析和评估方法为提升SAA对天基探测影响的认识,以及下一步有效开展空间碎片探测工作提供参考。     

天基网络体系及自适应资源动态管理

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升,天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用。天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义。文章就天基网络的现状和业务特点进行分析,针对天基信息网络的资源管理系统功能和特点,对资源动态管理技术,包括实现场景、功能重构和资源分配进行研究,针对实时的资源分配,基于首价密封（First price sealed bid,FPSB）拍卖博弈提出了一种自适应分布式资源分配方法,并进行了相应的分配方案设计。最后通过对天基网络场景的仿真,证明了该方法在提高天基网络资源利用率和系统运行效率上的优势。     

空间非合作目标双行轨道根数快速生成算法

针对空间目标TLE拟合过程中可能出现的奇点问题,提出了基于无奇异变换的空间目标双行轨道根数（TLE）生成算法. 为提高观测平台对空间目标状态估计效率,提出带有自适应遗忘因子的非线性最小二乘递推算法,利用最速下降法在线修正遗忘因子,使得估计值有较快的跟踪速度和较小的稳态误差. 仿真结果表明,该TLE生成算法的数据处理速度和轨道预报误差满足要求,可用于低轨目标的天基监视.      

Space weather in Japan

In Japan, Communications Research Laboratory engages in operational space environment information services as National Forecasting Center and Regional Warning Center of ISES. Data from local observations and data collected via internet from domestic and foreign institutes are used for the daily operational forecast. Fundamental research on space weather issues has been carried out at several institutes and universities, including STE Laboratory and NASDA. In this presentation, an overview of current space weather forecast operations and a system for information outreach in Japan will be presented. Current and future observation programs from ground-base and space will be also briefly reviewed.     

天基星空背景观测覆盖范围计算方法研究

针对日趋复杂的空间环境，天基观测由于其分布灵活和全天候观测的特性受到越来越多的关注，该类问题为典型的星空背景观测（above-the-horizon，ATH）问题。基于分段积分思想，提出了一种ATH观测三维空间覆盖范围的计算方法，涵盖了该问题所有可能的10种积分形式，适用于因观测约束参数不同取值而形成的任意几何构型场景。不仅在二维平面覆盖问题上与现有方法进行了比较并验证，还首次解决了ATH在三维空间中覆盖体积的定量解析计算难题。仿真结果表明，平面和空间覆盖最大化所对应的最优观测轨道高度存在明显差异，空间覆盖计算模型能更为准确有效地表示卫星覆盖性能，同时能为星座优化设计提供参考。     

Results About Ocean Satellite Observation

They have played more and more important roles in marine pollution monitoring, marine environment and marine disaster monitor and forecasting, marine resource investigation and marine scientific research. In this paper, the author will give a brief review of China's operational and scientific activities in satellites ocean observation during 2008 to 2010. These activities include the application of the HY-1B for red tide and green tide detecting and monitoring, sea ice monitoring, fishery resources assessment at coastal zone and ocean, marine water quality assessment, sea surface temperature monitoring and forecasting, ocean primary productivity and carbon cycle research, and the development in the ocean dynamic environment parameter application technology before launch of HY-2. The achievements we have made in the ocean observation and monitoring during the past 3 years indicate that, the development of the ocean satellite series and the application of the ocean satellite can greatly promote the development of China's three-dimensional marine observation system and earth-observation system from space, accordingly we can improve the ability of acquiring the marine environmental parameter to sustain the marine economy development and the sea defense construction.      

Engineering strategies for the design of plant nutrient delivery systems for use in space: approaches to countering microbiological contamination.

Microbiological contamination of crops within space-based plant growth research chambers has been postulated as a potentially significant problem. Microbial infestations; fouling of Nutrient Delivery System (NDS) fluid loops; and the formation of biofilms have been suggested as the most obvious and important manifestations of the problem. Strict sanitation and quarantine procedures will reduce, but not eliminate, microbial species introduced into plant growth systems in space habitats. Microorganisms transported into space most likely will occur as surface contaminants on spacecraft components, equipment, the crew, and plant-propagative materials. Illustrations of the potential magnitude of the microbiological contamination issue will be drawn from the literature and from documentation of laboratory and commercial field experience. Engineering strategies for limiting contamination and for the development of countermeasures will be described. Microbiological control technologies and NDS hardware will be discussed. Configurations appropriate for microgravity research facilities, as well as anticipated bio-regenerative life support system implementations, will be explored. An efficiently designed NDS, capable of adequately meeting the environmental needs of crop plants in space, is considered to be critical in both the research and operational domains. Recommended experiments, tests, and technology developments, structured to allow the development of prudent engineering solutions also will be presented.     

南极中山站宇宙线观测

2014年由两个具有0.5m×0.5m闪烁体面积的探测器组成的宇宙线μ子望远镜在南极中山站建成,观测数据通过卫星链路传回并发布.通过对中山站μ子望远镜数据的气象效应分析,发现中山站的气压变化对宇宙线计数率影响显著并呈负相关.计算得到宇宙线高能质子在中山站的垂直截止刚度R_C为0.076GV,对比中国西藏羊八井和北京高能质子的垂直截止刚度,中山站非常有利于对太阳高能质子事件的观测.      

Ocean Observation from Haiyang Satellites

In 2018, China successfully launched three new Haiyang (which means ocean in Chinese, referred to as HY) satellites which are an ocean color observation satellite HY-1C (operational), an ocean dynamics environment satellite HY-2B (operational) and the China-France ocean satellite CFOSAT (experimental). In 2019, all the three satellites had finished their commissioning phases and were declared operational. HY-2A satellite continues to operate in-orbit, and its operational status is basically normal. So in 2020, China has 4 Haiyang satellites in-orbit, China's ocean satellites enter into a new operational application phase. The operation of the ground application system of Chinese ocean satellites is stable. In 2019, Beijing, Hainan, Mudanjiang, and Hangzhou ocean satellite ground stations had received the data of HY-1C, HY-2A, HY-2B, and CFOSAT 5012 orbits and 26.46 TB data had been distributed to both domestic and international users. Chinese ocean satellite data has played an important role in marine disaster prevention and mitigation, development and management of marine resources, maintenance of marine rights and interests, marine environment protection, scientific researches, and blue economy development.