空间物理学最新进展与展望

空间物理学是人类进入空间时代后迅速发展的一门新兴交叉学科,特别是进入新世纪后国内外都取得了辉煌的成就.本文简要介绍空间物理领域近年来取得的重要进展、重要成果、国内外发展趋势,以及未来发展的重点方向.      

微孔纳米板与陶瓷纤维板热导率对比研究

文摘采用非稳态热线法测试了微孔纳米板与陶瓷纤维板在RT~1 000℃区间热导率,利用SEM微观形貌与荧光光谱成分分析,结合微观导热机理对测试结果进行了分析。结果表明:纳米板热导率分布在0.03~0.1 W/(m·K)区间,纤维板为0.055~0.25 W/(m·K);两种材料热导率均随着温度升高而增大,且规律均为先缓后急,不同的是,纤维板热导率在300℃以后开始急剧增大,而纳米板在550℃之后才开始较快增长;纳米板整体上升趋势缓于纤维板,温度越高,两者热导率差异越大。分析认为纳米尺寸的固体颗粒及内部气孔是纳米板拥有低热导率的关键因素。     

海上待战模式下的导弹保障辅助决策模型

在大规模、高强度、海上待战的作战模式下,海军导弹武器装备的高效及时补充,对于作战部队战斗力的恢复和持续具有越来越重要的意义。文章根据时效性和经济性原则,围绕保障关系的决策建立辅助决策模型,帮助指挥员快速地、科学地确定保障关系,为制定精确、快捷、高效的保障方案提供辅助决策,具有一定的参考和借鉴意义,并通过实例对模型进行了验证。     

太阳与内日球立体探测卫星计划科学目标建议

面向认知太阳风暴和保障航天安全的国家战略需求，中国近年来提出太阳与内日球立体探测卫星计划，拟适时部署环黄道面的拉格朗日点L3-L4-L5定点卫星星座和脱离黄道面的太阳极轨对偶卫星。通过该卫星计划的初步科学论证分析，建议将其科学目标凝练为太阳磁场、太阳风暴、太阳风，将其应用目标定位于日地空间天气预报，建议配置成像类、粒子类、波场类的综合科学载荷。此外，利用日地空间的三维磁流体数值模拟和计算机图形学的艺术可视化，形象地表达环黄道面卫星“对日凝视”和太阳极轨卫星“鸟瞰全景”的探测概念。中国太阳与内日球立体探测卫星计划将揭示太阳磁场的起源规律及其爆发机理、日地耦合系统的空间天气变化机理，并能够为日地空间天气三维数值建模提供观测数据驱动的初边值条件，必将极大推动空间天气的立体监测、前沿研究、精准预报的一体化进程。     

Ka频段双极化低剖面卫通相控阵天线

当前国内外低轨通信互联网星座发展迅猛，面向卫通天线跨星跨波束快速切换、低剖面应用需求，提出了一种Ka频段层叠式缝隙耦合双圆极化发射相控阵天线。基于多层PCB叠层瓦式架构，将天线层、电源与控制层、功分网络层和芯片层一体化集成。基于“双线极化天线+移相控制”设计实现左右旋圆极化及其极化切换，采用子阵相位旋转排布实现天线整阵二次圆极化。测试结果表明：天线工作频段为27.5~31GHz，29.2GHz处法向等效各向同性辐射功率值为16.5dBW，可实现±60°扫描，法向轴比＜2dB，左右旋圆极化可切换，天线子阵厚度3mm。相比传统砖式相控阵天线，大幅降低了剖面和重量，对卫通天线低剖面、波束快速切换等具有重要应用意义。     

无人机载MiniSAR实时成像处理GPU异步优化

合成孔径雷达(SAR)以其全天候、全天时的工作特性及其分辨率不随平台高度变化的成像特性，已成为航天遥感、目标检测领域重要的传感器之一。SAR算法复杂度往往与成像分辨率呈正相关，其中计算量问题成为雷达成像实时性的一大挑战。无人机载MiniSAR具有小型化、低功耗、灵活性强和隐蔽性强等优点，其小型化使设备计算能力受限，加剧了复杂度与分辨率之间的矛盾。图形处理单元(GPU)和多线程技术发展迅速，为无人机载MiniSAR实时成像提供了平台。本文根据实时处理机数据流和GPU异构系统的特点，提出了一种GPU异步优化方案，该方案可明显提高中央处理单元(CPU)与GPU之间的并行工作效率，节约大部分的数据存取开销。实验结果证明:GPU的成像效率是单CPU系统的12倍左右，在此基础上，使用GPU异步优化方案后效率可继续提升15%左右。本文提出的设计思路可显著缓解无人机载MiniSAR的实时成像计算压力。     

轴对称内锥流动中马赫盘的形成与演化

针对轴对称内收缩直锥流场中的马赫反射问题，采用无黏数值模拟结合理论分析，在来流马赫数6及直锥入口半径R恒定的条件下，以模型壁面前缘角度θ_w和壁面长度w/R为几何参数，研究了内锥形激波汇聚增强过程以及马赫盘下游流动对马赫盘位置的影响。结果表明，壁面前缘角度θw通过改变轴对称内锥形入射激波汇聚增强过程中达到von Neumann强度的位置，限定了马赫盘可能存在的位置范围；马赫盘位置还受其下游流动的影响，在不同的θ_w和w/R条件下，马赫盘下游流管内声速喉道的形成机制可以划分为依赖或不依赖壁面尾缘膨胀波两种类型；对于不依赖于壁面尾缘膨胀波的情况，声速喉道形成之前流管内的压力仅与反射激波的波后非均匀压力相匹配，马赫盘的位置不随w/R而变化；对于依赖于壁面尾缘膨胀波的情况，声速喉道形成之前流管还需要匹配壁面尾缘膨胀波引起的压力变化；根据反射激波下游与马赫盘下游流管的压力匹配关系，可以求解马赫盘位置。     

水下燃料组件转运系统耦合振动分析

核动力厂燃料组件转运系统运行的平稳性和系统结构的可靠性对确保燃料组件安全至关重要。为了解运行过程中系统的振动情况，建立了考虑水影响的梁-小车+刚性杆-质量+弹簧+阻尼的耦合系统动力学模型，推导了系统的非线性运动微分方程。在此基础上，采用数值算法计算了小车在不同行走速度下系统的响应。研究结果表明:运行过程中，小车行走速度越小系统振动越弱，相对越平稳；由于静变形，即使小车行走速度很低，吊篮仍会承受一定的横向力作用，需注意吊篮薄弱部位的强度；导轨支撑附近位置为吊篮的相对危险位置，必要时可以在此设置监测点以保证燃料组件安全。      

宇航用键合金丝评价体系及其应用研究

键合金丝广泛应用于小型化星载装备多芯片组件中，而复杂的空间环境要求键合金丝具有良好的可键合性和应用可靠性。本文在深入分析星载多芯片组件应用需求和典型失效模式的基础上，构建了键合金丝应用评价体系，从材料基础性能、工艺适用性和应用可靠性三个方面对键合金丝的可用性进行了全面的评估。应用本文提出的评价体系，对某国产键合金丝进行了系统应用评价，各项测试表明国产键合金丝与拟替代的进口金丝基础性能指标、可键合性和键合可靠性均相当，且在高温下国产金丝键合强度退化慢于进口金丝，呈现了更优异的应用可靠性。