子午工程探空火箭监测分系统通过工艺验收

不久前,国家重大科技基础设施项目——东半球空间环境地基综合监测子午链（子午工程）的探空火箭综合监测分系统通过工艺鉴定、验收。     

中国子午工程首枚探空火箭试验

国家重大科技基础设施项目—东半球空间环境地基综合监测子午链(简称子午工程)首枚探空火箭于2011年5月7日7时在中国科学院海南探空部发射场成功发射,这将在中国自主监测空间环境、保障空间活动安全方面发挥重要作用。     

电离层－热层耦合系统中由中性风引起的F区运动

利用一种时变电离层剖面的数值模型,研究电离层最大电子浓度所在高度对热层子午风变化的响应。对武昌(30.5°N,114.4°E)和Wakkanai(45.4°N,141.7°E)讨论三种不同类型的风场对峰高的控制作用。结果表明:(1)峰高对中性风的响应过程,存在南北方向不对称性、日夜不对称性和纬度差异。在真实背景大气下,热层与电离层通过风场强烈耦合。(2)由伺服理论推算的风场基本上是合理可靠的。(3)水平风模式HWM-90在所关心的地区,大致能反映实际子午风状况,但合理程度不及伺服理论的风场。      

低纬Pi2地磁脉动的东西方向传播特性

１９９６年１０月至１１月２９日在地磁北纬２９．６°附近的新疆喀什,甘肃安西和北京,沿东西方向建立了地磁脉动观测台链。根据观测数据,研究了低纬Ｐｉ２脉动东西方向的传播和性和偏振特性,发现黄昏区以东向传播的右旋偏振为主。     

磁层顶极尖区的理论探讨

本文解出了三维磁层顶的Chapman-Ferraro模型。证明极尖区有一条极尖线,长约40°。磁尖线上磁层顶呈尖角。磁层磁力线由极尖线上各点通往磁层顶。通常所谓中性点,足极尖线在日地子午面的截点。      

依巴谷卫星扫描观测不均匀性的研究

以观测时间T=0.5年,四种不同的旋转角ξ=30°、36°、43°和50°,计算了依巴谷卫星对50颗全天均匀分布的恒星模拟观测次数。发现随着黄纬的增加,观测次数逐渐增加。当|β|=40°～60°时,观测次数分布达极大。而|β|=0°～10°之间,观测次数约只有极大值的1/2。计算符合Hoyer等人的理论估计,即在|β|=90°—ξ附近观测次数最多,在黄道面附近的恒星观测次数最少。本文指出依巴谷卫星对|β|为50°～60°区域内的恒星观测精度高。原因是在这一区域内,依巴谷扫描观测的次数最多。      

GPS在气象火箭遥测跟踪上的应用

利用GPS全球定位系统、天线云台和宽波瓣天线组成的跟踪系统, 研究了接收位置信息与跟踪之间的时间差, 气象火箭理论弹道误差导致的中断跟踪,气象火箭探空仪分离后至初次定位前的跟踪, 天线云台转到359°位置后反转359°及跟踪过程中跟踪中断后的继续跟踪等关键问题,成功实现了气象火箭探空仪的遥测跟踪. 该跟踪系统在子午工程气象火箭试验中得到较好的应用, 此种跟踪方式相比传统雷达跟踪方式具有体积小、重量轻、操作简单、成本低、机动性强、跟踪可靠性强等诸多优点.      

空间飞行体地心坐标与大地坐标的快速精确转换

在空间任一点的子午面内 ,建立该点到地球子午椭圆的法线方程 ,以法线与子午椭圆交点的地心坐标为参数 ,导出大地高程和大地纬度的近似算法和严密算法。近似算法十分简单 ,使用有三角函数的手持计算器就可以完成计算。对于高度低于 360 0 0km的任何空间点 ,大地高h和大地纬度B的精度分别优于 31m和 0 1 7°。以近似算法的中间结果为初值 ,可将大地坐标的解算转化为一个二元一次方程组 ,解算非常简单 ,用PC在瞬间即可完成一批空间点的计算并可获得与真值完全相同的大地坐标 ,这为空间飞行体坐标的实时快速计算 ,提供了新的技术支持     

我国中低纬地区上空低电离层中的行星波

本文通过5年的电离层吸收观测资料与平流层增温事件对比及吸收资料的谱分析,得出以下几点初步结论:1)极区平流层增温事件的影响可能通过子午环流和行星波传播,经过5—9天后到达中低纬地区,从而引起那里的电离层吸收变化;2)冬季行星波沿子午方向的平均速度大约在10m/s到15m/s之间变化;3)全年均有周期为32天、18天、10天、8天和2天的行星波出现,它对大气湍流系数有明显影响。计算得出行星波扰动引起中层的NO浓度偏离未扰值可高达40%。      

武汉地区电离层TEC和NmF2及板厚的季节变化

通过利用武汉电离层观测站(114.4°E,30.6°N)1980-1990年对E8T-Ⅱ卫星信标的法拉第旋转测量的TEC(电子浓度总含量)数据,以及由测高仪测量的1980-1990年间的f0F2(F2层临界频率)数据,研究了武汉地区TEC,NmF2(最大电子浓度)和板厚的季节变化,同时比较了IRI和武汉单站模式在预测NmF2季节性方面的有效性.武汉单站模式在预测NmF2季节性变化方面优于IRI模式.      

北美与东亚中纬地区电离层TEC变化的EOF建模和分析

考察了北美(30°N-50°N, 140°W-50°W)与东亚 (42.5°N-57.5°N, 65°E-140°E) 中纬地区电离层总电子含量 (TEC)的变化. TEC数据来自美国喷气动力实验室(JPL)约15年的全球电离层图 (Global Ionospheric Map, GIM)数据. 利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Functions, EOF)得到上述两地区前三阶本征模及相关时间系数, 分别约占TEC 总变化的99.57%和99.79%. 结果表明, 两地区前三阶EOF分量所表现出的TEC变 化基本一致. 第一阶EOF分量表现为受太阳活动调制的半年变化; 第二阶EOF 分量表现为关于零磁偏线的经向电子浓度东西不对称结构, 计算表明该结构 与受地磁偏角控制的热层纬向水平风引起的等离子体向上漂移密切相关; 第三 阶EOF分量表现为磁倾控制的热层子午向风引起的等离子体向上漂移影响.      

第23太阳活动周武汉站电离层TEC特征分析

利用武汉站(30.5°N, 114.4°E)1997年1月1日至2007年12月31日电离层TEC、太阳黑子数及地磁指数等资料, 分析了第23周武汉站TEC的周日变化、季节变化、半年变化以及与太阳活动的相关性等特征; 以2006年4月13-17日发生的磁暴为例, 讨论了武汉站TEC对磁暴的响应以及可能的机理. 结果表明,武汉站电离层TEC在太阳活动高、低年均呈典型的周日变化特征; 冬季异常和半年异常特征明显, 且受太阳活动强弱影响; TEC和太阳黑子数年均值相关系数为0.9611; TEC对磁暴的响应可能是由磁层穿透电场和中性风共同作用导致的, 具体影响机制有待深入研究.      

双轴模拟式太阳敏感器测试链误差分析及修正

基于四象限硅光电池,双轴模拟式太阳敏感器（简称双轴模太）可实现太阳矢量两轴方向角的同时测量。硅光电池各象限光生电流的采集精度直接决定了敏感器的工作性能。然而,测试链环节中存在的不一致性误差会引起双轴模太角度测量偏差。为此,基于数值仿真,分析并建立了硅光电池各象限响应率、各象限光生电流的电压转换、信号放大、A/D转换系数及暗电流等环节偏差的影响模型,进而对各环节的综合偏差进行标定和修正,从而在保证敏感器测量精度的同时,降低对测试链环节的要求。测试结果表明,在不改变测试链性能的情况下,双轴模太的测量精度由修正前的2.05° (α轴,3σ)和1.94° (β轴,3σ)提高到0.28° (α轴,3σ)和0.26° (β轴,3σ)。     

质子地磁垂直截止刚度在2004年11月7-8日两个时刻处的数值模拟

利用单粒子轨道理论, 在T04和IGRF2000磁场模式建立的磁层模型基础上, 应用四阶龙格库塔方法, 模拟计算宇宙线带电质子在地球磁层中的运动以及沿天顶方向入射到达地球磁场内的某一特定位置, 得到了距地球表面450km高度处全球质子垂直截止刚度在2004年11月7-8日中两个时刻的计算值. 根据计算得到的684个不同位置处的截止刚度值, 分析了同一时刻地磁垂直截止刚度随磁纬和磁经的变化. 与此同时, 模拟计算了相同时刻下磁纬为30°, 磁经为0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°处, 地磁有效垂直截止刚度随高度的变化情况. 结果表明, 在磁纬30°处, 其质子有效垂直截止刚度随距离地心高度的变化沿向阳处向磁尾处方向, 变化越来越缓慢.      

中国上空夜间电离层等离子体泡群演化过程的多设备观测

利用子午工程富克站（19.5°N, 109.1°E）全天空气辉成像仪、VHF雷达、三亚站（18.4°N, 109.6°E）数字测高仪及C/NOFS卫星观测数据，对2014年3月30日中国上空的等离子体泡进行了研究。结果表明，当天夜间观测到一个等离子体泡群，约由9个等离子体泡组成，发生在日落后，一直持续到午夜后。其自西向东运动，南北向最大尺度超过1200 km，东西向绵延超过1400 km，在演化中部分结构融合在一起。等离子体泡被气辉成像仪观测到的同时，数字测高仪及VHF雷达观测到了相应扩展F及羽毛状不规则结构。同时，C/NOFS卫星检测到相应电子密度耗散。这表明，该等离子体泡同时被地基光学观测、无线电探测及C/NOFS卫星观测到。研究结果给出了多仪器同时观测到的等离子体泡群演化过程，丰富了多仪器融合研究电离层不规则体的内容。     

120°E附近电离层赤道异常峰运动

本文研究了120°E北半球五个电离层站之f_oF₂的变化。指出了赤道异常北峰的运动规律:（1）日出-“日当头”时段,该峰向赤道运动,午后时段则向极运动。（2）运动的反向时间随太阳的最小天顶角的大小而变化,随太阳活动而变化。（3）向极运动主要受电离输运过程所支配,向赤道运动主要为光电离过程所支配。（4）120°E附近电离层赤道异常北峰上午段在海南岛附近,下午段在广州附近。      

中国区域临近空间准零风层的观测特征

准零风层（Quasi-zero Wind Layer）是指平流层下部风速较小的东西风转换层,是临近空间（20~100 km）开发利用的重要参考依据,也是当前临近空间飞行器浮空运行的研究热点。基于2010－2019年中国多个站点L波段探空资料,将中国分为5个区域（15°N－20°N,20°N－25°N,25°N－30°N,30°N－40°N,40°N－50°N）,分析各区域准零风层的结构特点及其随纬度、季节的变化规律。根据实测风场分析发现平流层下部存在单层/双层准零风层,各区域的南北分布差异大致以25°N为界:单层准零风层主要出现在25°N以北的夏季;双层准零风层主要出现在25°N以南的10月至次年5月。单层/双层准零风层平均维持高度随纬度递增,且其厚度以双峰变化为主。此外,单层准零风层每月出现和维持天数均大于双层,30°N以北的单层准零风层在夏季的维持天数较其他区域长。      

扰动形状对钝头体非对称流动的影响

通过在钝头体头部施加人工扰动块可以得到确定的大攻角下的非对称背涡结构。为了研究扰动块形状对非对称背涡结构的影响,本文在攻角50°、雷诺数Re_D=1.54×105的条件下,利用数值模拟对周向角90°、子午角10°的扰动位置的半球形、D型及方形3种扰动块形状分别进行了研究。研究发现在同一扰动位置,半球形扰动主控下的背涡结构为右涡型,而D型扰动和方形扰动主控下的背涡结构呈现左涡型,且方形扰动主控下的背涡结构的非对称性弱于其他2种扰动主控的非对称背涡。通过分析发现扰动块所引起的微流动直接影响钝头体非对称背涡结构。因此为了更精准地通过施加人工扰动得到确定的非对称背涡结构,应尽量选择形状简单、表面平滑过渡的扰动块形状。      

临近空间风切变特性及其对飞行器的影响

基于MERRA再分析资料的风场数据,根据数理统计理论,对酒泉（39.1°N,98.5°E）上空临近空间的20~78 km的大气风场进行了风切变特征分析,并分析了临近空间风切变对飞行器的影响。研究表明,临近空间最多风向在1月和10月为西风,7月为东风,4月在50 km以下为西风,以上为东风;99%概率最大风速在1月最大;最大风引起的风切变存在一定的高度范围。根据最大风和最小风给出了综合矢量风。此外发现临近空间风切变对飞行器产生的风攻角显著,对马赫数为3、5和8的飞行器产生风攻角在69 km最大,分别为8.5°、5.1°和3.2°。      

日球内边界的定义

1.1972年以来,随着Pioneer 10、11,Helios 1、2和Voyager 1、2等飞船组先后上天,进入“深空”探测,太阳风等离子体和行星际磁场的实地测量的日心径范围已从以前的1AU附近扩展到0.3—30AU,太阳纬度范围也从以前的-7.5°— +7.5°扩大到-7.5— +16°.