Scientific objectives and payloads of Tianwen-1, China’s first Mars exploration mission

This paper describes the scientific objectives and payloads of Tianwen-1, China’s first exploration mission to Mars. An orbiter, carrying a lander and a rover, lifted-off in July 2020 for a journey to Mars where it should arrive in February 2021. A suite of 13 scientific payloads, for in-situ and remote sensing, autonomously commanded by integrated payload controllers and mounted on the orbiter and the rover will study the magnetosphere and ionosphere of Mars and the relation with the solar wind, the atmosphere, surface and subsurface of the planet, looking at the topography, composition and structure and in particular for subsurface ice. The mission will also investigate Mars climate history. It is expected that Tianwen-1 will contribute significantly to advance our scientific knowledge of Mars.     

Ionospheric F2-Layer critical frequency retrieved from COSMIC radio occultation: A statistical comparison with measurements from a meridional ionosonde chain over Southeast Asia

In this paper, we compared the F2-Layer critical frequency (foF2) derived from FORMOSAT-3/COSMIC radio occultation (RO) and ionosondes at Chiang Mai, Chumphon and Kototabang during the years 2008–2015 to evaluate the performance of COSMIC RO over Southeast Asia region. The results show that the time development of foF2 values derived from COSMIC RO generally agrees well with those from ionosonde measurements. However, the differences between the foF2 derived from COSMIC RO and that derived from ionosonde observations display latitudinal dependence. COSMIC RO tends to underestimate foF2 at Chiang Mai and Kototabang, which is near to the north EIA crest and the south one, respectively, while a little overestimate foF2 at Chumphon, which is close to the geomagnetic equator. COSMIC RO agrees best with ionosonde at Chumphon and worst at Chiang Mai. At each ionosonde station, the quality of COSMIC RO data degrades with the increase of solar activity. In addition, at the station Chiang Mai and Kototabang, COSMIC RO performs better in summer than in equinox and winter. Furthermore, the differences in foF2 derived from COSMIC RO and that from ionosonde measurements vary with local time, i.e., the differences in foF2 are generally smaller at night and larger in noontime when equatorial ionization anomaly (EIA) is well developed.     

具有复杂围护结构光学窗口的传热特性分析

针对具有复杂围护结构光学窗口传热特性,建立了高热流作用下的光学窗口及其复杂围护结构的辐射-导热传热模型,分别讨论了窗口的辐射半透明、光谱选择性、外部加热热流以及窗口尺寸对其瞬态温度响应的影响。结果表明,忽略窗口半透明特征会产生最大31.4%误差,忽略光谱选择性会产生最大40.4%误差;窗口外部气动加热热流影响显著,温度响应随热流的增大而急剧增大;窗口厚度对其传热特性的影响较大,随着厚度的增大窗口温度响应减小;而窗口半径产生的影响可忽略不计。     

一种电离层TEC格点预测模型

基于分析时间序列数据的门限控制单元（GRU）神经网络模型，利用电离层TEC网格点历史数据、太阳活动指数、地磁活动指数作为预测因子，提出一种高精度电离层TEC格点预测模型.对全球60个网格点的数据进行了模型预测和对比实验，得到北半球平均相对精度的均值为83.96%，高于南半球的73.60%，表明预测模型在北半球的适应性更好，且中低纬地区的适应性优于高纬地区；预测模型在磁扰动期的平均相对精度的均值比磁平静期平均相对精度的均值高，约1.95%；与基于递归神经网络（RNN）、长短时记忆网络（LSTM）和双向长短时记忆网络（Bi-LSTM）的电离层TEC单站预测模型相比，本文预测模型的均方根误差（RMSE）平均为原来的80.8%.      

高超声速飞行器再入段LQR自抗扰控制方法设计

针对高超声速飞行器(HSV)再入过程中强非线性、强耦合、气动参数变化剧烈的不确定性的特点，提出一种基于线性二次型调节器(LQR)和自抗扰控制(ADRC)的高超声速飞行器再入段的姿态控制方法。首先，建立高超声速飞行器再入段线性化模型，并采用LQR方法完成了状态反馈控制律设计。然后，结合自抗扰控制技术，设计了扩张状态观测器(ESO)对系统的模型不确定性和外部干扰进行补偿，大幅增强了系统的扰动抑制能力。最后，将得到的高超声速飞行器再入段LQR自抗扰姿态控制器(LQRADRC)应用于高超声速飞行器六自由度仿真，仿真结果表明本文所提出的控制方法能够快速、精确地跟踪角位置指令，并且对系统不确定性具有强鲁棒性。     

高温声表面波器件Pt电极的制备研究*

针对高温声表面波(SAW)器件中的Pt电极制备需求,采用电感耦合等离子体干法刻蚀工艺实现Pt电极的干法刻蚀。通过采用纯Ar气源,研究不同ICP功率/RF功率下Pt电极的刻蚀,采用优化的刻蚀参数实现SAW中Pt叉指电极的制备。针对Pt溅射刻蚀中出现的再沉积问题,分析沉积物对电极制备的影响,通过后处理实现沉积物的去除,实现高温SAW器件的制备。     

星载激光通信终端在轨机动对温度影响

对激光通信终端在轨瞬态温度变化开展了仿真，以期研究在轨机动的影响、热分析和热试验时机动模式的简化模拟。通过合理地分析与简化，建立终端的轨道热分析模型，准确模拟在轨机动，根据典型机动模式、外热流和涂层退化等因素设计了计算工况，得出了终端在轨运行过程中的温度场随时间和姿态变化规律。结果表明：不同机动模式下的温度变化存在差异，最大可达23.0℃，采用固定姿态或一维转动的简化热分析或热试验不能准确模拟实际飞行温度，甚至不能部分替代二维转动热分析或热试验；光学天线和反射镜的温度控制是制约终端工作的瓶颈，为终端设计合适的避光机动策略，可大幅度提高温度稳定度和均匀度。研究结果可以为光机电设备在轨机动策略的设计和改进提供参考。     

微纳聚合体卫星的对称式重构规划算法

为解决微纳聚合体卫星变构过程中，聚合体各部分之间的动力学耦合导致的卫星整体姿态翻转或紊乱，提出了一种对称式变构规划算法。首先建立了铰链约束下的漂浮基多刚体系统动力学模型，研究了重构过程中各运动模块对本体姿态的影响，提出当每两个运动模块位置与转动方向满足对称性条件时，两者对本体姿态的影响可在一定程度上相互抵消。基于上述理论，在A*算法中引入最优分配度量和对称性判定，设计了并行对称重构规划算法。仿真结果表明，该规划算法可实现重构过程中多模块并行、对称运动，重构过程总步数较少，运动模块对本体姿态的影响小。     

液氢贮箱停放过程中的力热分析

为了寻找到运载火箭长时间停放过程中液氢贮箱的最经济液位，用于制定合理的发射流程以及紧急处置方法，采用计算流体力学(CFD)技术，对某型运载火箭停放期间液氢贮箱的力、热情况进行了仿真计算和分析。计算选用了VOF(Volume-of-fluid)两相流模型以及Lee相变模型，为了提高Lee模型在不同压力情况下对相变过程的模拟精度，采用安托因方程修正了该模型。修正后的模型首先由试验数据校验了其精确性，随后开展的液氢贮箱停放过程仿真结果表明：贮箱的竖直方向与径向均存在温度分层的现象，液相内会形成大的漩涡，该漩涡会使得冷热流体不断进行热交换，并导致贮箱内部的液氢出现气化。贮箱停放期间蒸发率最大值超过2 m 3/h，发生在停放4 h左右；而贮箱液位充填至37 m 3以上或17 m 3以下时蒸发率较低，最小值接近1 m 3/h。