探月足式飞跃机器人设计与控制

外星探测器依赖于探测装备完成探测任务，国际上常采用着陆器和巡视器设计外星探测器。外星探测器重量直接影响着探测成本，如果能把着陆器和巡视器融为一体，设计出可在月面反复着陆和行走的飞跃器，则能显著降低外星探测器的重量，大幅减少外星探测的成本。由于人类还没有实现利用腿式机器人探测月球，腿式月球探测飞跃器的开发可体现我国航天领域自主创新能力。依托北京空间飞行器总体设计部（航天五院总体部）与上海交通大学的合作项目“反复着陆器设计”，开展了月面低空飞跃着陆行走四足和六足飞跃探测器初探。飞跃探测器方案采用并联式主动腿式机构，具有在多种复杂地形上主动缓冲着陆和行走的适应能力；设计并采用了一种新型高功率密度力控驱动单元；进行了飞跃探测器的结构优化设计，实现了轻量化；针对着陆和行走过程中的控制问题，提出了主被动复合缓冲设计思路和控制方法，实现了飞跃器着陆过程的缓冲和身体稳定性，具备多次缓冲、自主移动、可收拢展开、着陆姿态调整、复杂地形适应等多种功能。     

大气潮汐的经典理论及有关现代模式的发展

按照历史发展, 回顾了从无耗无风背景下线性化的大气潮汐方程组出发得到一个二维定态变量可分离的基本偏微分方程及其全球Hough函数波模解的经典理论; 介绍了主要由Forbes和Hagan发展起来的在真实有耗有风背景下线性化的本质上仍是二维定态, 但纬度和高度变量不可分离的现代数值模式GSWM; 概述了近年来针对中高层大气的GCM (例如TIME-GCM, MUAM, CMAM和WACCM) 来研究潮汐非线性及非迁移潮汐等的发展趋势. 在融合理解的基础上对各模式的特点和模式间的差异进行了适当分析, 从中可以看出,半个世纪以来人们在从第一原理出发试图揭示全球大气潮汐的真实结构特征和长短期变化机制等方面进行了持续的努力, 这种努力又是与从利用地基雷达到卫星搭载仪器观测大气(特别是MLT区域的风场和温度场)的发展密不可分的.      

中纬度冬季低热层潮汐非线性相互作用的MF雷达观测

采用武汉(30°N,114°E)MF雷达在2001年冬季的风场观测数据研究中纬度低热层大气潮汐之间的二阶非线性相互作用.经向风场的Lomb-Scargle归一化振幅谱表明,周日、半日和8 h潮汐是中纬冬季中层顶区域占优势的大气扰动;此外6 h潮汐也清晰可见.双相干谱分析揭示大多数显著的双相干谱峰代表潮汐谐振分量之间的相位互相关或单个潮汐分量的自相关.对随时间变化的潮汐垂直波长的比较发现,实际观测的8h潮汐垂直波长与假定的由观测的24 h潮汐和12 h潮汐非线性相互作用产生的8 h潮汐的理论垂直波长具有明显的一致性.在94.0～98.0km高度范围,周日、半日和8h潮汐之间不仅存在明显的相位相关和垂直波数相关,且它们的振幅随时间变化也显示出振荡幅值相近、振荡相位同步或反相的相关性,表明它们之间已经发生了二阶非线性相互作用.但是在94.0 km以下,三个潮汐分量之间的各种相关性随高度的下降变得越来越弱,因此潮汐二阶相互作用更可能是一种局地和暂态的现象.      

极区夏季中间层半日潮汐的VHF雷达观测

采用德国SOUSYVHF雷达观测数据,研究了极区夏季中间层半日潮汐的结构和变化特征.纬向和经向风的动态Lomb-Scargle谱表明,半日潮是中间层高度上占支配地位的波动,其谱峰对应的频率一般与1/12c·h-1有偏离,说明它们经常处在被扰动状态.稳定的半日潮振幅随高度增加而迅速增长,在87.9km高度附近达到饱和;经向分量的相位一般比纬向分量的相位超前π/4-π/2,从而水平扰动速度矢量端点随时间变化的轨迹显示出顺时针方向旋转的特征.半日潮汐特征参量在纬向和经向风中随时间的变化在基本趋势一致的基础上显示出一定程度的各向异性.      

中纬度冬季低热层潮汐水平风分量相位关系的MF雷达观测

采用武汉(30°N,114°E)MF雷达在2001年冬季的风场观测数据研究中纬度低热层大气潮汐水平风分量之间的相位关系.统一用弧度定义的各潮汐经纬向分量的拟合初相位在三个连续的高度上分别显示出相同的时间变化倾向和相近的相位差,但是在绝大多数观测时间△ψ24和△ψ12准正交,而△ψ8出乎意料地准同相.周日、半日和8 h潮汐经纬向分量的二次相位耦合(QPC)方程被分别估计出来,利用它们相减还得到一个潮汐相位差相关方程.推测的8 h潮汐相位和相位差与相应的观测值很好地符合.在第14个时间窗内,三个潮汐一般表现为椭圆偏振而不是圆偏振或线偏振,但是△ψ24和△ψ12在三个连续的高度上准正交,而△ψ8在92.0和94.0 km上准同相.因此估计的潮汐QPC方程、推导的潮汐相位差相关方程、观测的8 h潮汐准同相相位差以及典型的潮汐偏振图都是观测的周日、半日和8 h潮汐之间真实QPC的反映.