太阳表面水平运动驱动的磁圈与开放磁场重联的模拟研究

太阳大气的诸多观测事件(如耀斑、喷流等)均被归因于磁重联产生的能量转换. 近年来, 关于太阳风起源, 有研究提出了磁重联使闭合磁圈开放为太阳风供应物质的新模式. 在该模式中, 闭合磁圈被光球超米粒组织对流携带, 向超米粒边界运动, 与位于边界的开放磁场相碰撞进而发生磁重联. 该模式中磁重联的驱动及其效应是本文的研究目标. 磁流体力学(MHD)数值模拟是研究太阳大气磁重联物理过程的重要途径. 本文建立了一个二维MHD数值模型, 结合太阳大气温度和密度的分层分布, 在超米粒组织尺度上模拟了水平流动驱动的闭合磁圈与开放磁场的重联过程. 通过对模拟结果的定量分析, 认为磁重联确实能够将闭合磁圈的物质释放, 进而供应给新的开放磁结构并产生向上流动. 该结果为进一步模拟研究太阳风初始外流奠定了基础.      

2.5维自适应磁场重联MHD模式

磁雷诺数(R_m)是影响磁场重联的重要因素. 真实的物理环境中R_m往往很高, 例如, 在行星际空间和太阳日冕中R_m通常大于104量级. 高R_m条件下的磁重联表现出很多异常特性, 然而高R_m条件下的磁场重联数值模拟需要很高的时空分辨率, 否则很难分辨出重联过程中形成的薄电流片. 本文基于自适应软件包PARAMESH将并行自适应网格技术引入磁场重联数值模拟, 建立了一个2.5维自适应磁场重联MHD模式, 研究高磁雷诺数条件下重联的动态演化过程, 进而将不同磁雷诺数的参数进行对比研究. 结果表明, 该模式可以自动捕捉到磁场重联产生的奇性电流片, 高磁雷诺数条件下产生的慢激波结构可提供一种快速磁能释放机制.      

磁暴对赤道地区L波段电离层闪烁的影响研究

利用赤道地区Vamimo站闪烁数据, 选取两次典型大磁暴时段重点分析, 对比磁暴发生前、发生时以及发生后连续几天电离层幅度闪烁强度和发生率的变化, 引入瑞利elax-elax泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor, R-T不稳定性)线性增长率γ₀, 对磁暴影响闪烁的机制进行初步探讨. 结果表明, 磁暴可能触发闪烁发生, 也可能抑制闪烁发生, 这既与观测季节有关, 也与磁暴不同发展阶段的地方时有关. 触发发生于闪烁少发季节磁暴主相所在的午夜至黎明时段, 可能是磁层穿透电离层的东向电场所致; 抑制发生于闪烁多发季节磁暴恢复相所在的午夜前时段, 可能是西向电场作用的结果. 磁暴发生时的电场变化可能是抑制或触发闪烁的主导因素, 但仍需进一步分析研究.      

空间载荷地面检测设备的安全性设计研究

空间载荷的研制过程离不开地面检测设备的支持。本文结合空间载荷研制的工程实际需要,对其研制过程中必不可少的地面检测提出了一种安全保障性设计,旨在保障空间载荷在地面检测过程中的安全性。在硬件上采用一种IC读卡器实现对相关研制人员的地面检测操作权限的审核,之后对通过权限操控载荷的人员的所有操作以日志文件的形式记录下来,并会对每一个操作的合法性进行判断,屏蔽任何的异常误操作同时发出报警信息,能够有效地保护空间载荷的安全。这种地面检测的安全保障性设计能够防范研制人员的人为失误给载荷造成的损害,使所有地面检测操作处于可控状态。     

一种利用剩磁标定的星光/磁测备份自主导航方法

针对空间机动平台GNSS导航系统易受干扰的缺陷,提出一种基于剩磁标定的磁测/星光备份的自主导航方案。当GNSS信号完好时,利用GNSS高精度测量信息和磁强计/星敏带剩磁干扰的联合测量信息不仅可实时估计出机动平台导航参数,同时准确标定出运行环境的剩余磁场强度;当GNSS信号受干扰中断时,在剩磁准确标定的基础上启用磁场/星光备份自主导航方案完成机动平台的导航参数实时估计。由仿真结果可知,当GNSS信号正常时该导航方案具备较高的剩磁标定精度,三轴标定误差为0.026nT,0.293nT,0.107nT;而当GNSS信号受干扰时,备份导航方案三轴位置估计误差为87.3m,172.5m,65.2m,三轴速度估计误差为0.78m/s,0.86m/s, 1.04m/s。 仿真结果表明该方案具备较强的可行性。     

热防护中的粒状剥蚀问题研究

粒状剥蚀是机械剥蚀的主要形式之一,对纤维复合材料的热防护性能有重要影响。通过理论分析得到了烧蚀达到稳定状态时纤维形状的表达式,在此基础上建立了粒状剥蚀问题的力学分析模型。通过受力分析,采用莫尔破坏准则建立了判断纤维复合材料是否发生粒状剥蚀的条件。根据判别条件,材料纤维和基体的性能差异、外流场速度以及纤维尺寸都将显著地影响纤维复合材料的剥蚀性能。     

Global Hybrid Simulation of Magnetic Reconnection in the Magnetosheath

A three-dimensional (3-D) global hybrid simulation is carried out for the generation and structure of magnetic reconnection in the magnetosheath due to interaction of an interplanetary Tangential Discontinuity (TD) with the bow shock and magnetosphere. Runs are performed for solar wind TDs possessing different initial half-widths. As the TD propagates through the bow shock toward the magnetopause, it is greatly narrowed by a two-step compression processes, a "shock compression' followed by a subsequent ``convective compression'. In cases with a relatively thin solar wind TD, 3-D patchy reconnection is initiated in the transmitted TD, forming magnetosheath flux ropes. Multiple components of ion particles are present in the velocity distribution in the magnetosheath merging, accompanied by ion heating. For cases with a relatively wide initial TD, a dominant single X-line appears in the subsolar magnetosheath after the transmitted TD is narrowed. A shock analysis is performed for the detailed structure of magnetic reconnection in the magnetosheath. Rotational Discontinuity (RD)/Time-Dependent Intermediate Shock (TDIS) are found to dominate the reconnection layer, which and some weak slow shocks are responsible for the ion heating and acceleration.      

Observations of Magnetic Reconnection in the Magnetotail Associated With Substorms

Magnetic reconnection is one of the most important, dynamic phenomena in the magnetotail in terms of magnetic field line configuration change and energy release. It is believed to occur in the distant magnetotail mainly during southward interplanetary magnetic field periods and in the near-Earth magnetotail in association with substorms. In the present paper, we discuss several important issues concerning magnetic reconnection in the magnetotail associated with substorms, such as reconnection signatures, location, timing, spatial scale, and behavior, from the macroscopic, observational point of view.      

自适应滤波在磁暴期间地磁导航中的应用

对磁暴期间巡航导弹巡航段的地磁导航问题进行了讨论。针对地磁导航在磁暴期间常规卡尔曼滤波容易发散的问题,提出了一种基于Sage\|Husa自适应卡尔曼滤波的地磁导航算法。算法根据新息的变化自适应调整测量噪声矩阵,消除了磁暴影响,提高了滤波稳定性。仿真表明在选择合适的遗忘因子基础上,即使在磁暴最剧烈的时间段,采用自适应卡尔曼滤波仍能保证一定的精度,定位精度在200m以内,满足巡航导弹中程制导的精度要求。     

基于BP神经网络的磁悬浮飞轮控制

针对磁悬浮飞轮控制对鲁棒性、低功耗及不平衡振动抑制等要求,提出BP神经网络直接控制方法。设计了两层结构BP神经网络控制器,基于磁轴承电磁力方程推导网络权值更新算法,实现了神经网络的在线训练。仿真表明,控制器权值更新算法对环境变化适应能力强,训练成功率高;BP神经网络控制器具有起浮迅速、抗干扰能力强、功耗低等性能,并具备不平衡振动抑制能力。结果表明BP神经网络控制器满足磁悬浮飞轮控制要求,具有可行性和有效性。