多级次孔结构ZnMn2O4微球负极的研究

利用水热法合成了Zn-Mn氧化物前驱体,在温度400、500、600、700℃下,空气气氛中煅烧前驱体,以此来制备纳米片组装成的分级多孔结构的ZnMn₂O₄微球。其中,在500℃空气中煅烧前驱体制备的ZnMn₂O₄（ZMO-500）微球具有丰富的多级次孔结构,其作为锂离子电池负极材料,在500 mA/g的电流密度下,ZMO-500微球负极材料循环500次以后仍具有1 132 mAh/g高的放电比容量。ZMO-500负极材料优异的电化学性能得益于其分级多孔结构,不仅可以增加电极和电解质之间的接触面积以促进锂离子的迁移,而且还为循环过程中电极体积膨胀提供足够的缓冲空间。      

2007-2009谷年期间高热层大气密度的变化

在第23至第24太阳活动周的峰年之间,太阳活动谷年具有持续时间长,极低F_10.7太阳辐射通量（低至65）和超长期的零太阳黑子数记录等特点,因此是观测和研究在这种特殊背景下热层大气变化的极好机会.尤其是能充分理解和掌握在宁静环境下热层大气密度对弱太阳活动和小地磁扰动的响应特性.本文利用高度650 km以上星载大气密度探测器2007—2009年的连续探测数据进行分析,结果表明,在太阳辐射通量F_10.7极低值期间,较高热层大气密度对F_10.7的起伏具有更显著的响应变化.当F_10.7由70降至65时,日均大气密度会有4～5倍的显著降变,远大于通常大气模式中的降变值.同样在F_10.7极低值期间,较高热层大气密度对小地磁扰动也具有显著的响应增变,当日K_p指数之和由23增至30时,较高热层大气密度则会有80%～160%的强增变.     

氧化物涂层对航天器材料原子氧剥蚀的防护

采用磁控溅射方法在航天器常用材料聚酰亚胺(Kapton)表面沉积无机氧化物涂层(TiO₂和SiO₂),来提高材料的抗原子氧剥蚀性能.通过选择试验材料和参数,优化了沉积涂层的工艺,以克服容易产生裂纹的缺点.对材料进行了原子氧效应地面模拟试验,结果表明,在Kapton上沉积涂层后,质量损失下降了2个数量级.另外,有涂层的Kapton表面基本没有变化并且没有出现裂纹.其中,TiO₂由于热膨胀系数更接近Kapton,比SiO₂的防护效果更好.     

压电柔性结构振动的鲁棒控制

针对具有多面体型参数不确定性和外界扰动的柔性悬臂梁系统,研究其振动的鲁棒控制问题.基于压电柔性悬臂梁系统的状态方程,利用一种扩展LMI(Linear Matrix Inequality),对柔性悬臂梁的振动提出了改进的 H₂/H_∞ 综合状态反馈鲁棒控制方法.此方法针对多面体型参数不确定性系统引入不同的Lyapunov函数,降低了原来 H₂/H_∞ 综合鲁棒控制方法中由于使用一个公共Lyapunov函数而产生的保守性.通过Matlab分别采用改进和未改进的 H₂/H_∞ 鲁棒控制方法对柔性悬臂梁系统的振动控制进行了数值仿真.仿真结果表明,2种方法都使柔性悬臂梁的振动得到了良好控制,而改进方法的控制效果更好.     

Si对TiAl合金高温抗氧化性能的影响

利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪等手段研究了TiAl-Si(原子数分数为0~20%)合金在1 173 K大气中24 h的恒温氧化.结果表明:Si元素可以有效地提高TiAl合金的高温抗氧化性能;随着Si含量的增加,氧化膜厚度依次减薄,TiO₂的含量逐渐减少,Al₂O3的含量逐渐增加,添加到10%左右时就有连续致密的Al₂O₃保护膜形成;Si在0~20%的添加过程中并没发现Si的氧化物生成.分析表明:Si对抗氧化性能的贡献可归结于Si与Ti有很好的亲和力,可以有效地降低Ti离子的活度、阻碍Ti离子的向外扩散, 相对来说增强了Al离子的活度,促进连续致密的Al₂O₃保护膜生成.      

太赫兹火星大气临边探测仿真研究

对火星大气进行连续高分辨率观测是研究火星大气物理和化学过程的重要手段.太赫兹临边探测技术通过测量火星大气中的风和光化学循环中的重要气体（CO,O₃,H₂O,H₂O₂等）提高对火星的认知.针对火星大气遥感的探测需求,分析了300～1000GHz频段的频谱特征.针对探测卫星对于载荷质量、功耗等参数的要求,提出一个560GHz频段的火星大气太赫兹临边探测仪设计方案,并利用辐射传输模型ARTS中的行星工具箱进行仿真.仿真结果显示:火星大气温度的反演精度优于4K,其中45km高度以下优于2K;H₂O丰度的反演精度在90km以下优于50%,30km以下优于2%;H₂O₂的反演精度在40km以下优于50%;O₃的反演精度在50km以下优于60%;大气风速度的反演精度在65km以上优于5m·s-1,最高可以达到2m·s-1.研究结果表明,利用太赫兹波段的吸收谱线可以很好地探测火星大气中各成分的丰度、变化趋势以及中高层大气的风,可为后续火星表面及大气探测提供参考.      

密闭空间内氢气和二氧化碳甲醇化系统的非均相模型及反应特性

在载人密闭空间内通过电解水方式为乘员供氧会产生副产物氢气（H₂）。此外,乘员还呼出二氧化碳（CO₂）。将H₂和CO₂催化合成甲醇（CH₃OH）是消除载人密闭空间内富余H₂和CO₂的最优方式之一。对其开展反应过程建模及反应特性研究有助于进行反应过程的控制,更好地维持载人密闭空间内的大气平衡。本文采用微元法建立了H₂和CO₂催化合成甲醇的物料计算模型和温度一维非均相模型,研究了不同反应压力、冷却介质温度以及入口反应气体中CO₂与CO比值等反应条件下的反应特性变化规律。结果显示,反应压力的增加、冷却介质的温升以及入口气体中CO₂与CO比值的减小均能促进各反应速率增加,进而使得H₂和CO₂消除量增加、甲醇合成率上升以及催化剂和反应气体最高温度上升。在保证反应速率增加且催化剂最高温度不超过合理反应温度区间的最大值573.15 K时需维持反应压力不大于8 MPa,冷却介质温度不高于538.15 K以及CO₂与CO比值不小于1。      

微重力条件下红外材料的空间生长

根据近年红外材料在空间生长的研究概况,分析了涵盖熔体、气相、液相外延和分子束外延等生长方法及各个方法生长红外材料的基本原理,在地面生长遇到的问题,以及在空间微重力环境中进行红外材料生长的优势.同时基于中国利用熔体法在天宫二号上已经进行的ZnTe:Cu晶体的空间生长科学实验及地基实验结果,通过对空间和地面实验结果进行对比,提出了在超高真空环境下,利用分子束外延方式生长高性能、大尺寸红外材料的可能性,以及未来在空间微重力条件下进行红外材料生长的研究方向及具体应用.      

溶胶-凝胶法提高树脂抗原子氧性能的试验

为提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能,将正硅酸乙酯(TEOS,Tetraethyl Orthosilicate)加入环氧树脂溶液中,采用溶胶-凝胶法,制备出SiO₂／环氧杂化材料.在空间环境原子氧效应地面模拟设备中,对材料试样开展了抗原子氧剥蚀性能评估试验,总结了试验前后试样的质量、表面形貌和表面成分的变化特点,并分析了溶胶-凝胶所得杂化材料抗剥蚀性能提高的机理.分析认为:溶胶-凝胶反应过程中在树脂基体内生成的聚硅氧烷和SiO₂,以及原子氧作用下杂化材料表面生成的SiO₂保护层,是杂化材料抗剥蚀性能得以提高的主要原因.     

Sealed environment chamber for canopy light interception and trace hydrocarbon analyses.

Two sealed chambers were constructed, each measuring approximately 4.5 m x 3 m x 2.5 m (LxWxH). Heat exchangers and air handling components were integrated within the sealed environment. Construction materials were chosen to minimize off-gassing and oxidation. Acceptable materials included stainless steel, Teflon (TM), glass and Heresite (TM) or baked enamel coated metal parts. The glass-topped chambers have externally mounted microwave powered light sources providing minimum PAR at canopy level of 1000 micrometers m-2 s-1. Major gases (CO2, O2) were monitored. Other environmental variables relevant to plant production (humidity, temperature, nutrient solution) were monitored and controlled continuously. Typical environment control capability and system specifications are presented. The facility is described as a venue ideally suited to address specific research objectives in plant canopy light interception, such as the roles of novel microwave powered overhead and inner-canopy light sources for dense plant canopies. In addition, control of recycled hydroponic nutrient solutions and analysis of trace atmospheric hydrocarbons in the context of sealed environment life support can be concurrently monitored.     

Progress in Space Material Researches

New progress in the post researches on space grown materials, the development of experiment facilities, and the experiment techniques for space materials researches were introduced. Besides the conventional materials, such as alloys, semiconductors, and optical crystals, new materials have also been prepared on the ground.     

Observations and predictions of secondary neutrons on Space Shuttle and aircraft.

The Cosmic Radiation Effects and Activation Monitor has flown on six Shuttle flights between September 1991 and February 1995 covering the full range of inclinations as well as altitudes between 220 and 570 km, while a version has flown at supersonic altitudes on Concorde between 1988 and 1992 and at subsonic altitudes on a SAS Boeing 767 between May and August 1993. The Shuttle flights have included passive packages in addition to the active cosmic ray monitor which comprises an array of pin diodes. These are positioned at a number of locations to investigate the influence of shielding and local materials. Use of both metal activation foils and scintillator crystals enables neutron fluences to be inferred from the induced radioactivity which is observed on return to Earth. Supporting radiation transport calculations are performed to predict secondary neutron spectra and the energy deposition due to nuclear reactions in silicon pin diodes and the induced radioactivity in the various scintillator crystals. The wide variety of orbital and atmospheric locations enables investigation of the influence of shielding on cosmic ray, trapped proton and solar flare proton spectra.     

基于结合力模型的自适应飞机防滑刹车控制

飞机在起飞和着陆过程中刹车系统工作的可靠性和效率的提高,对提升整个飞行周期的安全性有着重要的意义.针对不同的跑道状况(干、湿等)、跑道材质(沥青、软土)或温度等条件下,飞机轮胎与跑道之间的结合力会存在较大差异而直接影响刹车效果甚至有效性的问题,采用与速度相关的动态LuGre摩擦力模型表示结合力,将未知的跑道状态映射到结合力模型参数,通过对模型参数进行估计,达到对跑道状态进行识别的目的.首先建立飞机机体和机轮动力学模型,使用状态观测器对结合力模型中不可测量的内部摩擦状态变量进行估计,并由自适应律获得当前跑道状态对应的模型参数,而后在线求解结合力模型的伪稳态模型得到结合系数最大值及相应的滑移率,将此滑移率作为控制系统的跟踪目标,利用反馈线性化思想构造前馈控制器进行防滑刹车控制,最后通过仿真验证控制效果.     

Development and research program for a soil-based bioregenerative agriculture system to feed a four person crew at a Mars base.

For humans to survive during long-term missions on the Martian surface, bioregenerative life support systems including food production will decrease requirements for launch of Earth supplies, and increase mission safety. It is proposed that the development of "modular biospheres"--closed system units that can be air-locked together and which contain soil-based bioregenerative agriculture, horticulture, with a wetland wastewater treatment system is an approach for Mars habitation scenarios. Based on previous work done in long-term life support at Biosphere 2 and other closed ecological systems, this consortium proposes a research and development program called Mars On Earth(TM) which will simulate a life support system designed for a four person crew. The structure will consist of 6 x 110 square meter modular agricultural units designed to produce a nutritionally adequate diet for 4 people, recycling all air, water and waste, while utilizing a soil created by the organic enrichment and modification of Mars simulant soils. Further research needs are discussed, such as determining optimal light levels for growth of the necessary range of crops, energy trade-offs for agriculture (e.g. light intensity vs. required area), capabilities of Martian soils and their need for enrichment and elimination of oxides, strategies for use of human waste products, and maintaining atmospheric balance between people, plants and soils.     

萤火一号探测器的关键技术与设计特点

对中国第一颗火星探测器的功能与组成以及超远距离通信技术, 深空探测自主姿态确定与控制技术, 火星探测器热控制技术, 火星探测器超低温适应等关键技术进行了分析, 并提出了关键技术的解决途径, 结合工程阶段的技术状态, 论述了中国火星探测器的设计特点, 对该探测器的研制以及后续相关型号任务的研制和生产具有良好的参考价值.      

载人深空探测任务的空间环境工程关键问题

对载人深空探测过程中将遭受的太阳宇宙射线、银河宇宙射线、微重力、尘与尘暴、深空微生物等环境进行分析。对不同深空环境给航天员带来的威胁进行了探讨。从物理屏蔽防护、辐射风险的监测和预警、辐射防护药物、航天员选拨等角度对采取的措施进行了阐述。从空间辐射对航天员的损伤机理、抗辐射和微重力药物开发、空间辐射屏蔽防护结构与材料、航天服自清洁、抗微生物侵蚀材料的研发等多个角度对需要进一步开展的工作进行了讨论。     

大气湍流对深空天线组阵相位影响分析

深空测控网采用大规模天线组阵系统比单个大天线具有一定优势,构建一个Ka频段的天线组阵系统无论对于星际测控通信还是天文观测都是一种经济、可持续扩展的技术方案。然而天线组阵系统工作于Ka频段时,由于天线间相位的快速起伏漂移将使得合成信噪比迅速恶化,尤其对于深空测控上行链路信号的相位监测和闭环控制带来巨大挑战,所以对天线间大气相位扰动测量和数值模拟非常必要。参考国外相关的干涉测量数据,首先分析了天线组阵大气相位扰动测量和统计分析方法;然后利用微波大气湍流模型,建立了天线组阵相位漂移抖动模型;对大气湍流引起的相位延迟扰动过程进行了仿真实现。利用模型产生的天线组阵相位抖动数值,可以测试和评估天线组阵信号合成处理系统的适用性。     

一种敏感电路式露点测量方法

针对大气湿度测量问题,提出一种基于敏感电路的露点测量方法.把考比兹电路中的石英晶体作为湿敏元件,用半导体制冷器对其进行制冷直到有结露产生时使得石英晶体处于液相环境中,整个考比兹电路将停止振动,利用考比兹电路这一敏感特性对露点进行识别,可以得到相应的露点温度.通过理论数据与实验数据对比分析,露点温度的最大误差为1.59℃,此方法可以从定性的角度作为一种湿度快速识别方法,并具有测量方法简单、灵敏度高、可靠性好和成本低等优点.     

顾及星像点分布的恒星相机在轨检校

由于卫星发射前后以及在轨运行过程中,环境因素的变化都可能引起恒星相机参数发生改变,从而导致星敏感器姿态测量精度下降.将多片空间后方交会方法应用于恒星相机的在轨检校.在利用该方法检校时,实验发现检校结果的精度受到参与检校的恒星影像上星像点分布的影响,由此进一步提出了凸包面积百分比准则,该方法自动选取分布较好的影像用于检校,有助于提高检校精度.实验结果证明:基于后方交会进行恒星相机在轨检校时,利用凸包法选取的影像片进行检校的精度明显优于未选片时检校的结果.