Methods and measurements to assess physical and geochemical conditions at the surface of Europa

An international effort dedicated to the science exploration of Jupiter system planned by ESA and NASA in the beginning of the next decade includes in-depth science investigation of Europa. In parallel to EJSM (Europa-Jupiter System Mission) Russia plans a Laplace-Europa Lander mission, which will include another orbiter and the surface element: Europa Lander. In-situ methods on the lander provide the only direct way to assess environmental conditions, and to perform the search for signatures of life. A critical advantage of such in situ analysis is the possibility to enhance concentration and detection limits and to provide ground truth for orbital measurements. The science mission of the lander is biological, geophysical, chemical, and environmental characterizations of the Europa surface. This review is dedicated to methods and strategies of geophysical and environmental measurements to be performed at the surface of Europa, and their significance for the biological assessment, basing on the concept of a relatively large softly landed module, allowing to probe a shallow subsurface. Many of the discussed methods were presented on the workshop “Europa Lander: Science Goals and Experiments” held in Moscow in February 2009. Methods and instruments are grouped into geophysical package, means of access to the subsurface, methods of chemical and structural characterization, and methods to assess physical conditions on the surface.     

一种空间自由曲面非接触扫描测量系统的研究

精确测量空间自由曲面的传统方法是采用三坐标测量机的接触测量或简单的非接触测量,这些测量方法存在工作效率低、自动化程度低等缺点。在深入研究上述方法的基础上,提出了一种自由曲面的非接触自动测量方法,介绍了测量系统的构成、曲面边缘的提取、自动扫描方式的规划以及测头跟踪方式等设计要点。     

水上行走机器人腿部静力学分析

水上行走机器人仿生水黾,利用腿部产生的表面张力在液体表面站立和行走.通过静力学分析可计算机器人载重能力,并给出腿部形状设计准则.建立了水上行走机器人支撑腿的静力学模型,分析了表面张力最大值条件即水面打破条件,提出了腿部支撑力及其最大允许入水深度的计算方法.采用该方法,使用Matlab计算得到了几种不同材料的表面张力与接触角关系曲线,计算了几种材料支撑腿的支撑力及其允许入水深度的最大值,并通过与实验数据相比较,验证了计算方法和结果的正确性.     

面天线检测数据处理方法的探讨

对面天线检测数据处理方法作了一些有益的探讨。从获取被测物的三维坐标后到获取真正有用的信息这一过程需要经过坐标转换和表面误差计算两个步骤 ,其中坐标转换是关键。在坐标转换方面 ,文中提出了曲面自由拟合、公共点转换和CAD面型转换三种方法 ,阐述了这些方法的数学模型 ,并且用实测数据进行了验证计算。理论分析和实际计算两方面显示 :CAD面型转换法既不需要天线的曲面方程 ,也不需要有已知的公共点 ,结果准确、可靠 ,是一种理想的方法 ;如果没有天线的CAD面型 ,但却存在公共点时 ,公共点转换法也是较理想的方法 ,其结果与给定的公共点误差有关 ;如果既没有天线的CAD面型又无公共点或公共点误差很大时 ,只能采用曲面自由拟合法 ,该法准确度最高 ,但容易使天线面型产生错位现象     

二次曲面拟合与拟合参数不确定度分析

由离散点进行二次曲面拟合问题可归结为存在约束条件的非线性优化问题,在总结了拟合参数初值计算和优化算法的基础上,研究了点位的坐标测量误差对拟合参数和曲面轮廓度评价的影响.给出了评价二者不确定度的解析方法和Monte-Carlo模拟方法,并指出,对于实际的测量数据,只有采用Monte-Carlo模拟方法进行拟合参数和轮廓度的不确定度评价才是可靠的.仿真实验和实物测量实验表明,给出的二次曲面拟合方法和不确定度估计方法是正确的.      

基于激光三角法的CBN杯形砂轮表面形貌检测

分析了常见的砂轮表面形貌检测方法的局限性,阐述了激光三角法的基本原理.在此基础上,提出了激光三角法检测砂轮表面三维形貌的方法和装置,利用它可以对砂轮表面进行扫描测量,得到表面各点的三维坐标,随后通过origin软件的绘图功能和数据分析功能得到砂轮表面的三维形貌图和单个砂粒的三维尺寸.在实验中,得到了在航空发动机叶片磨抛中使用的60#杯形CBN砂轮表面0.5 mm×1.6 mm面积的三维形貌图,某单个磨粒宽度为209.1 μm,磨粒切刃突出高度为17.3 μm.该结果与用美国WYKO的白光干涉三维表面形貌仪测量结果之间的误差为1.00%左右,这说明所采用的激光三角法测量砂轮表面三维形貌是可行的.      

航空综合体对地攻击作战效能评估方法

航空综合体作战效能评估是武器装备和战略发展研究的重要内容.讨论了航空综合体机载空对地导弹的可攻击区及航空综合体的首攻概率.建立了在一次出击中航空综合体单机在对地攻击阶段作战效能和机群对地攻击作战效能的数学模型.给出了在一次出击中航空综合体在攻击阶段对目标的平均杀伤概率和航空综合体被击毁概率的计算方法,航空综合体在一次出击中单机平均杀伤目标的数目和机群平均被击毁概率的计算方法.在效能指标中反映出与对地攻击靶场效能、对国土防空系统突防效能以及对要地防空系统突防效能的关系.为评定航空综合体多步骤作战行动的作战效能奠定了基础.     

基于N-S方程的尾迹面法翼型气动阻力计算

研究了计算翼型阻力改进的方法——尾迹面法及尾迹面积分的位置和相应的积分技术.在亚跨声速时分别采用了表面积分和尾迹积分求得给定翼型RAE2822的阻力.结果显示,2种方法具有相同的结果,表明尾迹面积分方法是有效的,与实验值吻合较好.尾迹面法中,尾迹面位置应处于离后缘相对弦长距离0.6~1.0之间.尾迹面积分方法中积分结果不依赖于物体的详细几何外形,可以预计对曲率变化大的三维复杂外形,该方法有更大的优势.      

基于改进加权响应面的结构可靠度计算方法

在结构可靠度分析中,响应面法由于具有良好的适用性和可操作性,是目前广泛使用的基于代理模型的分析方法。针对响应面法的计算效率和精度难以平衡兼顾等难点问题,提出一种基于改进加权响应面的结构可靠度计算方法。首先,在迭代过程中,同时考虑样本点与验算点距离、极限状态函数值、联合概率密度函数值3个权重因子对样本点进行赋权,采用加权回归并重复利用已有样本点更新不含交叉项的二次多项式响应面函数。其次,在迭代收敛后,选取已有样本点中权重较大的样本点加权拟合含有交叉项的二次多项式响应面函数。最后,结合数值算例和工程案例,通过与传统抽样方法和其他响应面法进行对比,验证了改进加权响应面法的可行性。结果表明所提方法具有较高效率的同时也保证了精度。      

飞机复杂蒙皮拉形模具型面设计方法

针对目前复杂蒙皮拉形工艺中拉形模的设计没有实用、详细设计方法的情况,从改善毛料拉形过程中的应变分布出发,提出了一种基于"截面线等长"的拉形模型面设计方法,即通过工艺补充面的灵活设计,实现模具沿各个拉伸方向上的截面线长度趋于一致,以使毛料在贴模后各个截面的延伸率尽可能的接近,再通过工艺补充面的曲率和切向的调整,使毛料在拉形时应变分布更加均匀,以减少甚至避免与应变分布相关的各种缺陷的出现.通过某型号飞机复杂蒙皮零件模具型面的设计及拉形过程的有限元模拟分析,验证了这一拉形模具型面设计方法的合理性和有效性.      

局部地区高空磁场的计算方法

本文用曲面样条函数表示地磁场及其水平梯度在地面上的分布, 从而使A.J.Zmuda提出的计算高空磁场的方法更加简便。本文还给出了借助于局部地区地磁场的球谐分析, 计算高空磁场的方法。      

飞行体的海空背景反射与辐射计算

研究了对近海飞行体的红外特性有重要影响的海空背景辐射的反射特性.讨论了波浪面起伏随机规律,随机起伏对海面自身辐射及对阳光反射的影响,推演了此种随机起伏波浪面的自身辐射及反射的阳光在观测点形成的辐照度的计算方法.给出的算例结果表明,海空背景对飞行体的红外特性尤其对其前半球的红外特性有重要的意义.     

起竖系统的优化设计

对起竖系统的优化设计从快速性、受力情况等 方面进行了分析,确定了优化目标.对每个目 标函数进行无量纲化处理,采用传统的线性加权法进行了多目标优化求解.采用均匀试验设 计确定样本点,基于协同仿真获得样本数据,建立了多项式响应面模型,对某起竖系统关键 支点的位置进行了多学科优化.通过构造的评价函数,同传统的多目标优化方法得到的结果 进行比较,分析了2种方法的差异,表明了多项式响应面方法的有效性,为起竖系统的进一 步开发和设计提供了有利的工具.      

Automated determination of the orientation of dust devil tracks in mars orbiter images

The paper presents and evaluates three methods for automatically estimating the main orientation of Martian dust devil tracks in MOC and HiRISE images. Inferring such information about dust devils from their tracks is important to better understand the near surface wind. The methods considered were based on gradient direction, directional openings and morphological granulometry. The accuracy of the methods was asserted by comparing the results to a set of directions estimated visually and assumed to be the ground truth. The higher accuracy was reached using directional openings. Besides, the directions inferred by this method were compared to those predicted by the GCM and the results agreed.     

高超声速再入钝头体表面热流计算

基于跟踪流线的轴对称比拟法,采用纯工程算法、Euler数值计算与边界层内工程算法相结合的方法,对高超声速再入钝头体的表面热流进行了计算,并将计算结果与风洞实验数据进行了对比,两者吻合较好,验证了两种工程算法在计算高超声速飞行器热环境方面的正确性.将两种工程算法与数值求解N-S方程进行对比,表明工程算法在迎风面的热流计算方面有较高的精度,节约了计算时间,很好地满足高超声速飞行器概念研究和设计的需要.      

卫星天线抗静电技术研究的进展

论述了卫星天线的主要电环境：地球同步轨道和低高度极轨空间环境;卫星天线表面充电的危害性; 抗静电膜的发展水平。已研制出了导电膜＋ Ｋａｐｔｏｎ（聚酰亚胺） ＋ 温控漆的复合结构抗静电膜和加有氧化锡的可溶性高聚物涂层。通过环境效应试验、抗静电膜对天线电性能影响的试验和模拟极光充电环境下的充放电评估实验, 证明抗静电膜符合天线性能要求, 并可以有效控制天线表面的充电电位     

Monitoring global surface temperature variations using cloud data sets

One of the by-products of cloud data sets such as that of the International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) is global information on longwave window brightness temperatures for clear skies. These brightness temperatures depend mainly on the actual surface temperature with only a slight dependence on atmospheric water vapor. Thus, it may be possible to monitor long-term temperature variations using such data. The current methods for such monitoring depend on conventional surface observations and are subject to uncertainties due to inadequate spatial sampling. To test this idea monthly clear sky brightness temperatures from the six-year Nimbus-7 cloud data set are analyzed and compared to conventional estimates of surface temperature fluctuations.     

TB5钛合金凸弯边橡皮成形中侧压块优化设计

TB5钛合金凸弯边橡皮成形时易失稳起皱.将起皱缺陷量化作为优化目标,以凸弯边起皱为缺陷考察指标和侧压块优化的目标函数,基于有限元模拟和试验设计,对不同几何参数下的侧压块橡皮成形进行了有限元模拟,分析了几何参数对起皱指标的影响程度,应用响应面法建立侧压块几何参数和起皱评价指标间的函数关系,并用拟牛顿法进行优化.建立了优化参数和成形指标间的近似函数关系及侧压块优化设计模型.通过试验验证该优化方法的有效性和正确性.     

航天器表面材料电导的研究与测量

本文分析了航天材料电导能力对表面电荷积累的重要影响。描述了航天材料表面电导和体电导的测试方法。给出了一些样品的电导与真空的关系并作了讨论。     

Determination of surface parameters and fluxes for climate studies from space observation. Methods,results and problems

Climate being the result of many interconnected processes, it can hardly be understood without models which describe these various processes as quantitatively as possible and define the parameters which are relevant for climate studies. Among those, surface processes and therefore surface parameters are now recognized to be of great importance. Some examples are discussed in the first part, showing the great interest to measure the relevant parameters on a multi-year basis, over large areas with sufficiently dense array and on a stable basis, in order to monitor climate changes or to study the impact on climate of the modifications of some relevant parameters which are analysed. Since space observations from satellites fulfil these requirements, it is clear that they will become very soon a fundamental tool for climate studies. Unfortunately, as it is discussed in the second part, satellites do measure only spectral radiances at the top of the atmosphere and the determination of the relevant surface parameters (or fluxes) from these radiances still raises many problems which have to be solved, although many progresses have already been made.The aim of this paper is therefore to review and discuss these problems and the various ways they have been tackled until now. The first part is devoted to an overview of what needs to be measured and why, while the existing methods for determining the most important surface parameters from space observations are presented in the second part where a particular attention is given to the theoretical and experimental validations of these methods, their limits and the problems still to be solved.