太阳极紫外光谱探测的历史与展望

围绕国际一流科学目标,发展顶级探测设备是中国太阳物理位列国际先进行列的立足点。70多年的空间太阳探测历程中,极紫外波段探测发挥了极其重要的作用,极紫外观测设备也几乎成为了太阳探测卫星的必备载荷之一。中国在极紫外探测,尤其是光谱探测方面的基础非常薄弱,导致相关科学研究几乎全部依赖国外数据,从而严重制约了中国太阳物理学科的发展。本文根据太阳极紫外探测的特点,系统分析了国外光谱探测的历史、现状以及未来发展趋势,并归纳了三类主要探测方式,即全日面积分光谱探测、低速光谱成像探测、快速光谱成像探测的当前水平,包括其技术方案及取得的部分科学成果。在此基础上,提出中国太阳极紫外光谱探测“三步走”的发展思路,并对每一步的科学目标、指标需求和候选探测方案提出建议。同时,展望了在太阳极紫外成像探测方面开展创新性尝试的思路。     

空间太阳物理学科发展战略研究

太阳物理学是研究太阳上发生的物理过程及其对行星际空间环境影响的学科。太阳是人类唯一可以进行细致探测的恒星,也是天然的多尺度过程并存的等离子体实验室,同时,太阳活动直接影响日地空间环境和人类地球家园的宜居性,剧烈的太阳活动如耀斑和日冕物质抛射还会影响人类的航天航空、通信导航、电网等高技术活动与设施。因此对太阳物理的研究不仅是理解浩瀚宇宙的基石,也是理解日地联系和行星宜居性的基础,同时还是国家在航天和空间安全领域的战略需求。21世纪以来,随着卫星探测技术发展,太阳物理学进入了全新的发展阶段。本文梳理了近年来太阳物理学在空间探测中的发展态势,凝练中国太阳物理学未来空间探测发展的重点领域,优化学科布局,推进太阳物理的高质量发展。     

基于金星共振借力的太阳抵近探测任务轨道设计

对于太阳抵近探测任务,从地球直接发射探测器至太阳附近需要消耗巨大能量,通过多次金星借力飞行,可有效降低地球发射能量C₃及中途变轨的燃料消耗.本文研究基于金星共振借力的太阳抵近探测任务轨道优化设计,建立了连续共振借力和混合共振借力的转移轨道优化设计模型,并针对2025—2028年的发射窗口开展太阳抵近探测任务轨道优化设计.仿真结果表明,相比连续共振借力,混合共振借力可以有效缩短太阳抵近探测任务的轨道转移时间,对于地球发射能量C₃和中途变轨燃料消耗的影响未见明显的规律性,能量降低与序列中的共振比相关.     

小行星探测科学目标进展与展望

由于较好地保留了太阳系早期形成和演化历史的遗迹,小行星,尤其是近地小行星,已成为国际深空探测领域的研究热点。介绍了小行星的定义、分类和主要探测方式,指出目前小行星探测已进入空间探测的新时代;总结了国际小行星探测的现状,包括已实施和正在实施的小行星探测任务的科学目标、科学载荷配置,以及获取的主要科学数据等;探讨了未来小行星探测的发展趋势和主要科学问题,并对我国未来自主小行星探测任务科学目标的制定进行了展望。     

中国空间太阳物理40年

中国空间科学学会成立的40年也是中国空间太阳物理从起步到发展的40年.本文简要回顾了从1980年前后到2020年中国空间太阳物理的主要历程,尽可能涵盖期间推动的主要项目、进展和所取得的成果.并对未来若干年中国空间太阳物理的发展进行了展望.     

空间物理学最新进展与展望

空间物理学是人类进入空间时代后迅速发展的一门新兴交叉学科,特别是进入新世纪后国内外都取得了辉煌的成就.本文简要介绍空间物理领域近年来取得的重要进展、重要成果、国内外发展趋势,以及未来发展的重点方向.     

20世纪的空间探测

1　引言□□在 2 0世纪 ,空间探测取得了惊人的成就。它不仅极大地推动了空间科学和相邻学科的发展 ,而且已影响到经济、军事和人类的日常生活。现在 ,人们很难想象 ,如果离开了空间探测技术 ,人类的生产和生活将会出现什么样的情况。空间探测是利用航天器、火箭和气球等作为运载工具 ,对地球及其大气层、太阳系内其他天体 (太阳、月球、行星、行星际介质、小行星和彗星 ) ,以及除太阳以外的恒星进行实地、就近或遥感探测活动。探测的主要对象有中性粒子、带电粒子、等离子体、微流星体、低频电磁波和等离子体波、磁场、电场、紫外线、红外…     

2004～2009年间的空间探测(上)

1日地空间探测 在20世纪末,美国航宇局(NASA)在“国际日地物理学”和“日地关系”等空间物理学计划的基础上,提出了“日地联结”的长期研究计划。这个计划所涉及的内容,无论是深度还是广度,都远远超出以前计划的范围。该计划的基本目的是了解太阳为什么变化,行星对太阳的变化是怎样响应的,太阳和星系是怎样相互作用的,太阳变化是怎样影响生命和社会的。为了实现这一计划     

太阳质子事件对太阳同步轨道空间辐射环境影响分析

介绍了南大西洋异常区的辐射环境及其特点，重点研究了发生于2000年7月14日的太阳质子事件对太阳同步轨道空间环境造成的影响，太阳质子事件期间，抵达近地空间的高能电子、质子及重离子对太阳同步轨道空间环境造成剧烈地扰动，并且不同种类不同能量的粒子扰动特征不尽相同。     

欧美发射太阳轨道探测器推动抵近太阳观测

在历时20余年的立项和研制进程后,2020年2月10日由欧空局（ESA）主导、美国参加的太阳轨道探测器任务在美国发射升空,这是人类首个对太阳极区成像的空间太阳物理任务。太阳轨道探测器将用约3年时间在水星轨道以内的大椭圆日心轨道开展近距离太阳观测,用7年（包括3年延寿期）时间在黄道面外开展太阳极区高分辨率成像及探测。该任务有望进一步揭示太阳磁场,太阳活动爆发,太阳风起源、加速及其行星际传播和对地球空间天气的驱动等重要前沿问题的本质,加深对太阳活动周以及日地联系的理解。该任务启示中国空间科学要重视太阳深空观测任务的前瞻布局与立项实施。     

Synergies of Earth science and space exploration

A more flexible policy basis from which to manage our planet in the 21st century is desirable. As one contribution, we note that synergies between space exploration and the preservation of our habitat exist, and that protecting life on Earth requires similar concepts and information as investigations of life beyond the Earth, including the expansion of human presence in space. Instrumentation and data handling to observe both planetary objects and planet Earth are based on similar techniques. Moreover, while planetary surface operations are conducted under different conditions, the technology to probe the surface and subsurface of both the Earth and other planets requires similar tools, such as radar, seismometers, and drilling devices. The Earth observation community has developed some exemplary tools and has featured successful international cooperation in data handling and sharing that could be equally well applied to robotic planetary exploration. Here we propose a network involving both communities that will enable the interchange of scientific insights and the development of new policies and management strategies. Those tools can provide a vital forum through which the management of this planet can be assisted, and in which a new bridge between the Earth-centric and space-centric communities can be built.     

Extrasolar space exploration by a solar sail accelerated via thermal desorption of coating

For extrasolar space exploration it might be very convenient to take advantage of space environmental effects such as solar radiation heating to accelerate a solar sail coated by materials that undergo thermal desorption at a particular temperature. Thermal desorption can provide additional thrust as heating liberates atoms, embedded on the surface of the solar sail. We are considering orbital dynamics of a solar sail coated with materials that undergo thermal desorption at a specific temperature, as a result of heating by solar radiation at a particular heliocentric distance, and focus on two scenarios that only differ in the way the sail approaches the Sun. For each scenario once the perihelion is reached, the sail coat undergoes thermal desorption. When the desorption process ends, the sail then escapes the Solar System having the conventional acceleration due to solar radiation pressure. We study the dependence of a cruise speed of a solar sail on perihelion of the orbit where the solar sail is deployed. The following scenarios are considered and analyzed: (1) Hohmann transfer plus thermal desorption. In this scenario the sail would be carried as a payload to the perihelion with a conventional propulsion system by a Hohmann transfer from Earth’s orbit to an orbit very close to the Sun and then be deployed. Our calculations show that the cruise speed of the solar sail varies from 173?km/s to 325?km/s that corresponds to perihelion 0.3?AU and 0.1 AU, respectively. (2) Elliptical transfer plus Slingshot plus thermal desorption. In this scenario the transfer occurs from Earth’s orbit to Jupiter’s orbit; then a Jupiter’s fly-by leads to the orbit close to the Sun, where the sail is deployed and thermal desorption comes active. In this case the cruise speed of the solar sail varies from 187?km/s to 331?km/s depending on the perihelion of the orbit. Our study analyses and compares the different scenarios in which thermal desorption comes beside traditional propulsion systems for extrasolar space exploration.     

“龙江2号”月球轨道微卫星定轨分析

微纳卫星深空探测任务中,通常所分配的测控资源有限,因此有必要对有限测控资源条件下微纳卫星的定轨精度进行分析。以微纳卫星深空探测为背景,采用"龙江2号"微卫星的轨道测量数据对其定轨精度进行了分析。"龙江2号"微卫星只有USB轨道测量数据,且环月段测控资源相对紧张,每天有两站跟踪,共约3～4 h的轨道测量数据。首先介绍了"龙江2号"微卫星飞行任务及其飞行过程中影响测定轨的因素;其次给出了定轨的动力学模型,对微卫星地月转移段的定轨精度进行了分析;最后通过分析摄动力、动量轮卸载以及数据弧段长度的影响,给出了微卫星环月阶段所使用的定轨策略,并通过重叠弧段比较的模式,给出了微卫星环月段的定轨精度。研究结论可以为后续微纳卫星深空探测任务提供有益参考。     

基于半监督集成学习的多核设计空间探索

随着处理器的系统结构日趋复杂,设计空间呈指数式增长,并且软件模拟技术极为费时,成为处理器设计的重要挑战。提出了一种结合集成学习和半监督学习技术的高效设计空间探索方法。具体而言,该方法包括2个阶段:使用均匀随机采样方法从处理器设计空间中选择一小组具有代表性的设计点,通过模拟获得性能响应,从而组成训练数据集;提出基于半监督学习的AdaBoost（SSLBoost）模型预测未模拟的样本配置的响应,从而搜索最优的处理器设计配置。实验结果表明,与现有的基于人工神经网络和支持向量机（SVM）的有监督预测模型相比,SSLBoost模型能够使用更少的模拟样本构建出不差于现有方法性能的预测模型;而当模拟样本数量相同时,SSLBoost模型的预测精度更高。      

Magnetohydrodynamics in solar and space physics

Because of its proximity, our Sun provides a unique opportunity to perform high resolution observations of its outer layers throughout the whole electromagnetic spectrum. We can also theoretically model most of the fascinating physical phenomena taking place on the Sun, as well as their impact on the solar system.     

模块化空间折展机构研究现状与展望

模块化空间折展机构具有拓展灵活、通用性好、适应性强等特点,可满足长距离深空探测、长期在轨空间站建设和超广域卫星通信等重大航天工程对大型/超大型空间折展机构的需求,是一种新型关键的航天装备.针对应用需求,阐述了模块化空间折展机构领域的研究进展,重点介绍了伸展臂、太阳翼和空间可展开天线等3类折展机构中具有模块化特征的典型构...     

中国月球及深空空间环境探测

深空探测承载着人类航天技术发展、探索宇宙奥秘和寻找地外生命及人类宜居地的重任,成为各航天大国关注的热点。我国月球与深空探测虽然起步晚,但起点高,正在追赶并将实现领先。简要回顾了我国月球及深空空间环境探测的载荷情况、数据结果、理论和应用研究成果,简述了当前在研的自主火星空间环境探测目标以及规划中的未来深空探测任务,并根据当前国际发展态势,及我国在研、规划中的月球及深空探测任务情况,分析了我国月球及深空空间环境探测的关键科学问题、载荷技术发展趋势、理论与模拟的研究需求,最后对深空环境探测进行了展望。     

A Brief Introduction and Recent Progress of the Geospace Double Star Program

The Geospace Double Star Project (DSP) consists of two small satellites operating in the near-earth equatorial and polar regions, respectively. The goals of DSP are: (1) to provide high-resolution field, particle, and wave measurements in some important near-earth active regions which have not been covered by current ISTP missions, such as the near-earth plasma sheet and its boundary layer, the ring current, the radiation belts, the dayside magnetopause boundary layer, and the polar region; (2) to investigate the trigger mechanisms of magnetic storms, magnetospheric substorms, and magnetospheric particle events,as well as the responses of geospace storms to solar activities and interplanetary disturbances; (3) to set up the models describing the spatial and temporal variations of the near-earth space environment.To realize the above goals, the equatorial satellite TC-1 and the polar satellite TC-2 will accommodate, respectively, eight instruments on board. TC-1was launched successfully in December 2003 while the polar satellite (TC-2)will be launched in July 2004. The orbit of the equatorial satellite TC-1 consists of a perigee at 550 km, an apogee at 60 000 km, and an inclination of about 28.5; while the orbit of the polar satellite will have a perigee of 700 km, an apogee of 40 000 km, and an inclination of about 90. The two satellites will take coordinated measurements with Cluster Ⅱ and will first form a "six-point exploration" in geospace.The operational status of TC-1 are introduced in this paper.     

中国月球与深空探测有效载荷技术的成就与展望

有效载荷是实现科学目标最直接的工具,其技术手段和水平影响科学目标的可实现程度。简要回顾了中国月球与深空探测的科学目标与有效载荷配置。介绍了"嫦娥1号"和"嫦娥2号"月球环绕探测器中采用的CCD立体相机、干涉式成像光谱仪、激光高度计、微波探测仪、伽马射线谱仪、X射线谱仪、太阳风粒子探测仪、高能粒子探测仪等遥感探测类有效载荷的技术实现、探测结果和取得的成就。同时,也介绍了"嫦娥3号"月球着陆器和巡视器中采用的地形地貌相机、月基光学望远镜、极紫外相机、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪、测月雷达等就位和巡视探测类有效载荷的技术实现、探测结果和取得的成就。分析了有效载荷技术的发展趋势,展望了我国未来有效载荷技术的发展。