火星等离子体环境探测

萤火一号(YH-1)探测器将对火星空间环境进行独立而深入的探测研究,探测各空间区域的等离子体特性及其对太阳风扰动的响应,以及火星离子逃逸过程,研究太阳风对火星水体损失的影响。为了实现这一目标,萤火一号搭载了等离子体探测包,包括2个离子分析器和1个电子分析器,具有较高的时间分辨率、能量分辨率,可以探测0.02～10 keV的离子、电子,同时能够对粒子的入射方向及1～44 au(1 au=9.1095×10~(-31)kg)质量范围内的离子成分进行分辨。本文阐述了萤火一号等离子体探测的科学意义,并对等离子体包的工作原理,仪器设计进行了介绍。     

基于SIMION软件的空间等离子体探测器的数值仿真

空间等离子体探测器采用带偏转板的柱形静电分析器作为传感器,具有大于320°探测视场,可探测约10eV～30keV的热等离子体。利用SIMION软件采用均匀随机抽样建立粒子源的方法仿真探测器的基本特性参数:静电分析器因子、能量分辨率、偏转板因子和偏转角。仿真结果与实测结果吻合很好。静电分析器因子的仿真与实测结果偏差为3.2%,能量分辨率仿真与实测结果偏差为1.5%,偏转角-偏转板因子的关系式与实测结果的相关系数为0.999 4。仿真结果可以有效地应用于该类仪器的设计和定标过程中。     

一种基于TOF×E方法的空间中能离子探测器设计与仿真

对空间中几十keV到几MeV的中能离子进行成分、能谱和角分布进行测量，具有重要的科学价值和应用意义。中国在载人登月等深空探测计划中明确提出了对中能离子的探测需求，但当前尚未掌握中能离子测量技术。本文提出了一种基于SEE TOF×E方法的中能离子探测器方案，方案包括复合材料二次电子薄膜、电极、位置灵敏MCP探测器和SSD等核心部件的设计，可同时实现对5个方向的中能离子和4个方向的中能电子的测量。结合目前空间粒子探测载荷可实现的硬件时间分辨率、能量分辨率和仿真计算结果，可以发现，该设计可以在40 keV～5 MeV能量范围实现中能离子能谱测量；并能够对40 keV～5 MeV的H离子，45 keV～5MeV的He离子，130 keV～5 MeV的O离子和240 keV～5 MeV的Fe离子进行离子成分分辨；同时可实现对20～500 keV的电子进行能谱测量。     

用于火星探测的电子分析器定标

用于火星探测的电子分析器采用了带偏转板的同轴圆柱形静电分析器, 该传感器方案在满足性能指标的同时实现了小型化. 利用法国空间辐射研究中心(CESR)的电子源, 对电子分析器两个传感器通道的静电分析器因子、能量分辨率、偏转板偏转因子、 方位角分辨率和极角分辨率进行了定标. 给出了上述参数的定标结果, 并对结果进行了分析. 结果表明,仪器的能量范围、能量分辨率、方位角视场及角度分辨率等参数均优于指标要求. 定标结果为电子分析器在轨数据处理和分析以及在轨运行参数设置提供了依据.      

多离子空间等离子体中快磁声波与粒子的回旋共振特性

快磁声波是空间等离子体中一种接近垂直传播的右旋极化电磁波,能够在等离子体层内外传播.快磁声波与带电粒子的回旋共振相互作用能够导致高能电子随机加速和投掷角扩散、能量质子投掷角扩散等,从而影响辐射带高能带电粒子的动态过程.分别基于完整的色散关系和高密度近似的色散关系,在不同空间等离子体条件下研究多离子空间等离子体中不同传播角的快磁声波色散曲线,并计算了快磁声波与H+,He+和O+离子的最小共振能量.结果表明,当传播角较小时,采用高密度近似与采用完整色散关系计算的离子最小共振能量没有太大差别.在中低密度中强磁场空间等离子体中,传播角≥ 88°时高密度近似色散关系会带来很大的误差,因此应利用完整色散关系计算最小共振能量.      

多谱段全日面极紫外成像仪

在极紫外波段对太阳进行成像观测是研究太阳活动、日冕中等离子体物理特性的重要手段.传统极紫外成像仪或光谱仪无法同时实现高光谱分辨率和大视场的太阳成像.本文设计了一种新型太阳极紫外多谱段成像系统,采用无狭缝光栅分光方式实现了高光谱分辨率和空间分辨率的全日面成像,成像视场可达47',光谱分辨率每像素2×10-3 nm,空间分辨率每像素1.4',全日面时间分辨率优于60s.通过分析谱线的全日面成像图和系统响应,表明成像仪能大范围的观测太阳活动形态演化,为太阳物理研究和空间天气预报提供更完整的观测数据.      

一种外日球层拾起离子探测器的设计与仿真

针对外日球层低速、低密度、低温的拾起离子(PUIs)的高分辨探测需求，以带顶盖超环面静电分析器、阻滞势分析器和线性场飞行时间系统为基础设计了一种新型高分辨拾起离子探测器。经过有限元仿真分析，探测器可实现离子(氢)的速度范围15.7～1 072.2 km/s，密度范围0.000 1～100 cm^-3，温度高于474.9 K的探测，同时可实现典型拾起离子(氢、氦、碳、氮、氧、氖)的成分分辨，质谱分辨率(M/ΔM)大于40。     

等离子体片边界层处离子的随机加速

本文讨论宽频带静电噪声对等离子体片边界层处粒子的随机加速问题.计算表明:宽频带静电噪声会使离子轨道在相空间Poincare截面上一定范围内无规行走, 该范围与扰动电场的振幅、频率和波矢有关;引起的离子随机加速使一部离子能获得较高的能量, 在等离子体片参数下预计最大能量可达1000keV量级;对电子, 随机效应不明显.该结果为等离子体片中高能离子的存在这一长时观测特性提供一种新的可能产生机制.      

嫦娥一号卫星太阳风离子探测器离子流量反演太阳风参数与初步结果分析

嫦娥一号卫星(Chang'E-1)上搭载的两台太阳风离子探测器(SWID-A/B)是国际上首次在200 km极月轨道观测等离子体环境的探测仪器.SWID-A/B的科学目标是探测月球附近等离子体与月球的相互作用,获得月球附近的太阳风速度、密度和温度.太阳风离子探测器的观测数据是各能量成分离子流量的直接反映,包含了太阳风离子的速度、密度和温度信息.本文设计了一种利用离子流量数据反演太阳风速度、密度和温度的算法,并通过模拟太阳风离子注入探测器的过程,验证了算法的可行性.对月球附近太阳风离子基本特征的分析研究表明,在太阳活动低年,空间环境扰动水平相对较低时,行星际太阳风运动到月球附近后依然保持着相同的变化趋势;太阳风离子的速度和密度与在上游行星际空间时相近;太阳风离子的温度则比在上游行星际空间时高103 K.     

CCD星敏感器光学系统设计

介绍ＣＣＤ星敏感器用光学系统设计的参数选择,光学系统的设计光谱范围０．４８、０．８５μｍ;焦距为７５ｍｍ,Ｆ／１．４４,视场８．５°。该系统为复杂化的Ｐｅｔｚｖａｌ结构形式;以点列图能量集中度和能量重心偏评价光学系统的成像质量。所选用的ＣＣＤ芯片像元尺寸为２３μｍ×２３μｍ,像元数３８４×２８８,全视场内混色光点列图能量重心偏最大值１．６μｍ,对应于４．３９角秒。     

A Satellite-borne Miniature Ion Mass Spectrometer for Space Plasma

The miniature design technology is an important trend in space exploration. Mass spectrometer is used extensively in the space environment detection. The miniature ion mass spectrometer utilizes a 127° cylindrical electrostatic analyzer accompanied with a Time of Flight (TOF) unit based on ultrathin carbon foil to measure the energy spectra and composition of space plasma. The Time of Flight technique has been used broadly in space plasma measurement. A new type of miniature method for the ion mass spectrometer is introduced. The total mass of the instrument is 1.8 kg and the total power consumption is 2.0W. The calibration results show that the energy measurement range is 8.71～43550eV, the energy resolution is 1.86% and the ion mass from 1 amu (1 amu = 1.67 × 10-27 kg) to 58 amu can be resolved by the miniature mass spectrometer. The miniature ion mass spectrometer also has a potential to be increased in the field of view by an electrostatic deflecting system to extend its application in space plasma detection. The miniature ion mass spectrometer has been selected for pre-study of Chinese Strategic Priority Research Program on Space Science.      

一种用于测量高层大气风场的新型地基Fabry-Perot干涉仪

地表海拔大约250\,km高度处大气非常稀薄,目前被动光学观测是该层风场探测最有效手段.Fabry-Perot干涉仪(FPI)由于具有较高能量利用率及光谱分辨率等特点,是该层大气最有效的地基风场探测仪器之一.基于采用光路缩束系统及滤光片后置(标准具之后)方法研制的小型化FPI,2014年分别在河北廊坊(39.40°N,116.65°E)和山西岢岚(38.71°N,111.58°E)进行了地基观测试验,将观测数据与反演算法相结合得到高层大气风场数据,并将数据结果与美国大气研究中心两台FPI的风场数据进行了比较研究,在气辉整体辐射较弱的情况下得到岢岚站的风速平均反演偏差为11.8 m·s-1.      

一种1MHz高准确度交流电阻分压器的设计研究

本文主要探讨一种高准确度、多量程交流电阻分压器的原理、设计与校准,研究电压范围0.5V～600V、频率高达1MHz的交流电阻分压器,实现在现有技术基础上交流电压比例计量量程的扩展与应用.并通过宽频交流电压信号采样测量技术与同步采样触发技术,将分压器后端阻抗匹配增益缓冲放大器,实现对该高准确度交流分压器的校准测试.经测试...     

电磁监测试验卫星离子漂移计定标实验研究

离子漂移计用于探测离子垂直轨道方向的漂移速度.离子漂移计的定标实验包括电子学定标和等离子体环境定标.通过对自行研制的电磁监测试验卫星离子漂移计的电子学定标方法研究,测试得到离子漂移计的噪声、电流测量范围、增益和修正系数以及温漂等电子学定标参数.测试结果表明,离子漂移计的电子学性能优于设计要求,满足科学探测需求.此外,借助于意大利INAF-IAPS等离子体测试实验设备模拟电离层等离子体环境,对离子漂移计的等离子体环境定标问题进行了分析研究.等离子体环境下的测试结果表明,该离子漂移计在特征点处测量结果满足仪器指标要求,能够正确探测离子横向速度,且其相对精度满足设计要求.      

Hard X-Ray Modulation Telescope(HXMT) Mission

The HXMT mission concept consists of a slat-collimated hard X-ray detector assembly sensitive in 20～250 keV with a collection area of about 5000 cm2. Based on the reconstruction technique by direct demodulation developed in recent years, HXMT is mainly devoted to performing a hard X-ray all-sky imaging survey with both high sensitivity and high spatial resolution. It can also be used to make pointed observations of X-ray sources to study their spectroscopic and temporal properties in details. The main detector of HXMT consists of 18 individual cylindrical NaI(T1)/CsI(Na) phoswich modules, each with anarea of 283.5 cm2 and a field of view of 5.7°× 1.1° (FWHM). Its spatial resolution and position accuracy are 5′ and 1′ by using the direct demodulation in 1994, and in 2000 its feasibility and technical demonstration study was selected as a project under the Major State Basic Research Program of China. In October 2005, this project entered the full design phase and was listed as a candidate for the first dedicated astronomy satellite around 2010. We are now also considering secondary low energy instruments for this satellite.     

Instrumentation and data systems for high-time resolution study of space plasma shocks

This paper deals with the principal methods of achieving high-time resolution measurements for the study of fine structure of shocks and other discontinuities in space plasmas. In the measurements of ion energy spectra, we have obtained the time resolution about 1s.In the Soviet-Czechoslovak INTERSHOCK project we will obtain temporal resolution better than 0.1s in the measurement of the main plasma parameters. This will be obtained with the multichannel energy spectrometer and the on-board data acquisition and processing system triggered by the shock signature. This system controls the data sampling rate from some scientific instruments and switches on a high-sampling rate near the shock. The method implies detecting a shock by means of on-board processing of magnetic field and plasma parameters. The algorithm for this detection uses both parameters separately as well as in combinations.     

深空自主导航光学敏感器及其验证

利用光学导航敏感器进行深空自主导航在国际上已成为一种发展趋势,这种方法具有自主性强、精度高、节约成本等优点,且距离地球越远越显优势.在国内首次开展了用于深空巡航段的自主光学导航敏感器设计研制和验证工作,所研制的光学导航敏感器原型样机设计技术指标为:焦距953.8mm,视场角0.8°×0.8°,探测极限灵敏度12Mv,测量精度0.5″(1σ),动态范围100∶1.试验室测试和外场观星试验的结果表明,测量精度达到0.5″(1σ),探测极限灵敏度达到12.5Mv,技术指标全部满足要求.     

中层小尺度风切变的观测

十个中层大气风剖面于1988年夏季在北欧的Andφya(69°N)上空用装有铝箔的火箭测得。使用了一种新型铝箔,使其测量的高度范围覆盖103-85km,测量的高度分辨率为25m.观测的风切变剖面显示了一多层结构,一般由3-9个切变层组成,切变层厚度通常小于200m.观测到高达40-90m/s/km的强风切变,且如此大的切变存在于所测区间内不同高度上。在一个连续测量的五个风切变剖面中,有寿命至少2.5小时,相位向下运动速度为0.4m/s,以及最大切变振幅为180m/s/km的强风切变,显示了稳定和持续特性。