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。     

中欧合作“微笑计划”启动 聚焦太阳活动对地影响

<正>新闻:中欧合作的大型空间探测计划"微笑计划"(SMILE,全称为"太阳风—磁层相互作用全景成像卫星")日前已得到欧洲空间局批准,并于近期启动工程研制,预计将于2023年年底发射卫星,对太阳活动影响地球空间环境的变化规律做进一步研究。解读:长期以来,科学家都在研究太阳风的能量和物质如何传递到地球空间,怎样规避或减轻太阳风     

国外无人采样返回任务概述

采样返回任务是指在地球之外的空间进行采样并将样品返回地球的探测器任务,可以通过多种方式来收集和保存样品,包括使用捕捉太阳风或彗星粒子的收集器阵列,挖掘和开采土壤、岩石,以及其他可能获取样品的方式。采样返回任务带回的样品一般为太阳风、彗星粒子,或者尘埃和岩石等。     

近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果

“嫦娥1号”（CE-1）、“嫦娥2号”（CE-2）都安装了1台太阳高能粒子探测器（High-energetic ParticlesDetectors,HPD）和2台太阳风离子探测器（Solar Wind Ion Detectors,SWIDs）,进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子（质子、电子和重离子）能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明：太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1～2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明：能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于10¹¹ cm^-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风“拾起”离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。     

NASA成功发射PSP探测器

正2018年8月12日,NASA成功发射帕克太阳探测器(PSP)。PSP主要科学目标是跟踪太阳日冕中的能量和热量流动,探究太阳风和太阳高能粒子加速的原因。PSP将成为首个飞入日冕的探测器,其采用原位测量与成像技术相结合的方式,有助于增进对太阳风起源和演化的理解,并提升预测影响地球生命和技术的空间环境的能力。PSP将以当前最接近太阳     

主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想

由于主带彗星富含水冰等挥发分并且位于火星与木星之间的小行星带区域,因此很可能是给早期地球带来水资源的天体,自从20世纪初期被发现以来引起了行星科学界的极大兴趣,是未来绕飞探测的重要候选目标。总结了主带彗星133P光谱探测的科学目标,并根据不同成分光谱特征分析和热特性研究需求,提出光谱仪的主要指标构想。谱段需覆盖可见至甚长波红外(0.4～50μm),通过可见红外成像光谱仪和热辐射光谱仪两台载荷分别覆盖0.4～5μm和5～50μm的波段范围。可见红外成像光谱仪采用紧凑型光栅分光系统设计,光谱分辨率在可见光谱段优于5 nm,红外谱段优于10 nm,5 km探测距离下空间分辨优于0.5 m,通过低温制冷抑制背景辐射噪声,保证信噪比优于100。热辐射光谱仪采用时间调制型干涉分光方案,由一台双角镜摆臂式干涉仪实现5～50μm的分光,光谱分辨率8 cm~(-1),5 km探测距离下空间分辨率优于10 m,采用非制冷热释电探测器。通过对两台光谱仪研制过程中涉及的关键技术进行分析,为后续开展工程研制奠定基础。     

几种材料的磁层亚暴环模试验

<正> 一、引言星际空间存在运动着的带电粒子。当太阳风粒子到达地球磁层顶且随着太阳风粒子而来的星际磁场,指向地磁南极时,太阳风中的感应电流产生的附加场使地磁场发生畸变。迎着太阳的一面较为扁平,而背着太阳的一面形成一个很长的磁尾。在磁尾区,太阳风粒子的注入(它们的能量为几十电子伏到几千电子伏)引起了高能粒子的大量增加。这些高能粒子在     

嫦娥三号巡视器有效载荷

嫦娥三号巡视器配置了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪四种科学探测有效载荷. 介绍了有效载荷的科学探测任务、系统设计方案和系统组成,描述了各有效载荷的方案设计要点,设计中的主要关注点及主要技术指标等.      

膨胀磁场和太阳风粒子相互作用三维数值模拟

采用三维模型,使用混合网格质点法HPIC(Hybrid Particle-in-Cell)对膨胀的磁场和太阳风相互作用过程进行数值模拟.研究了线圈产生的偶极子磁场在注入等离子体后和太阳风粒子的相互作用过程,并对以不同速度入射的等离子体引起的太阳风粒子的变化和磁场变化进行了比较.研究结果表明,偶极子磁场和太阳风作用时会产生弓形激波,此时磁压等于太阳风粒子的动压,当向线圈产生的偶极子磁场中注入高能等离子体时引起磁场膨胀,膨胀的磁场将会排斥太阳风粒子向外运动,从而引起弓形激波的变化,增大与太阳风相互作用的面积,并且粒子入射速度越大,磁场膨胀越明显,与太阳风相互作用愈强.      

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.     

太阳风-磁层-电离层耦合过程中的能量收支

太阳风向磁层电离层(Magnetosphere and Ionosphere, MI)系统输入能量, 而输入的能量随后在MI系统中消耗. 本文从能量守恒原理出发, 讨论太阳风-磁层-电离层 (SMI)耦合过程中的能流路径和能量收支的定量关系. 主要讨论9个问题: (1) 太阳风向MI系统的能量输入, (2) MI系统对能量输入的响应, (3) 环电流的能量消耗, (4) 极区电离层焦耳加热的能量消耗, (5) 极光粒子沉降的能量消耗, (6) 磁尾能量的消耗、储存以及返回下游太阳风, (7)平静期间的能量积累与释放, (8)能量在不同能汇中的分配, (9)评价能量函数的准则和方法.      

三维试验粒子轨道法在磁层粒子全球输运中的应用

根据磁层粒子动力学理论, 通过偶极磁场模型验证利用三维试验粒子轨道方法模拟近地球区(r < 8R_e)带电粒子运动特征的可靠性. 在此基础上, 以太阳风和磁层相互作用的全球MHD模拟结果为背景, 利用三维试验粒子轨道方法, 对非磁暴期间南向行星际磁场背景下太阳风离子注入磁层的情形进行数值模拟, 并对北向行星际磁场背景下太阳风离子注入极尖区以及内磁层的几种不同情形进行了单粒子模拟. 模拟结果反映了南向和北向行星际磁场离子向磁层的几种典型输入过程, 揭示出行星际磁场南向时太阳风粒子在磁层内密度分布的晨昏不对称性以及其在磁鞘和磁层内的大致分布, 并得出统计规律. 模拟结果与理论预测和观测结论相一致, 且通过数值模拟发现, 行星际磁场北向时靠近极尖区附近形成的非典型磁镜结构对于能量粒子经由极尖区注入环电流区域过程有重要的影响和作用.      

“新视野”:用5%的数据颠覆既有认识

正2015年7月14日,当美国航宇局(NASA)的一个探测器飞掠过这个遥远的星球时,它永远地改变了我们此前对这个神秘天体系统的认识。在我们太阳系中历经了9.5年距离达50亿千米的征程之后,NASA的"新视野"号探测器对冥王星及其卫星系统进行了探测。2015年7月14日,当它从冥王星表面上方12400千米处飞过时,则把这部史诗推向了高峰。"新视野"上所搭载的7台科学仪器成功地进行了超过1000次的独立观测。此     

嫦娥四号任务科学目标和有效载荷配置

嫦娥四号探测器由中继星、着陆器和巡视器组成.其科学目标为:月基低频射电天文观测研究,月球背面巡视区浅层结构探测研究以及月球背面巡视区形貌与矿物组分探测研究.共配置6台有效载荷设备,其中3台载荷设备配置在着陆器上,分别为降落相机、地形地貌相机和低频射电谱仪,其余3台配置在巡视器上,分别为全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪.本文主要论述了嫦娥四号任务的科学目标、着陆区概况、有效载荷配置及系统设计、各有效载荷任务和主要技术指标等.      

德尔他一箭三星发射成功

8月16日,一枚德尔他运载火箭从美国东部试验场成功地将三颗卫星送入轨道。这次发射是美国、西德和英国的一项联合计划,称为有源磁层粒子示踪探测(AMPTE)卫星,用以研究地球磁层和进入地球磁场的太阳风粒子的能量和质量。这是首次用一枚火箭将三个国家的卫星送入轨道。     

西德、美、英将联合研制太阳风实验卫星

西德、美国和英国正在联合发展一项三颗卫星的太阳风实验计划,每国提供一颗,专门从事有源磁层粒子示踪探测任务。又称为有源磁层粒子示踪探测器(AMPET)。在太阳风和地球磁场尾部释放钡离子和锂离子,以研究太阳风进入地球磁层的质量转移和磁层内部和尾     

磁扰期间的三维漂移壳分离

基于磁层粒子动力学理论,首先对比了计算漂移壳分离的引导中心法和磁力线追踪法,计算表明两种方法的计算结果一致.然后分别采用T89c和T96磁层磁场模式,用磁力线追踪法数值计算了不同初始位置(≤9Re)、不同初始投掷角、不同Kp指数和不同太阳风压力下,带电粒子的漂移壳分离.计算结果揭示了漂移壳分离随初始位置、投掷角、Kp指数和太阳风压力的变化.其具体特征如下. (1)随着径向距离的增大,漂移壳分离效应愈加显著,由正午出发的粒子将被稳定捕获,而午夜出发的径向距离≥7Re的部分大投掷角粒子将沿磁层顶逃逸. (2)正午出发的粒子,漂移到午夜时其漂移壳随投掷角减小向外排列;午夜出发的粒子,漂移到正午时其漂移壳随投掷角增大排列; 90°投掷角粒子在磁赤道面的漂移壳沿着磁场等值线排列. (3)漂移壳分离随Kp指数和太阳风压力增大变得显著,且随这两种扰动参数的变化特征和趋势是基本相似的.      

嫦娥四号着陆区织女陨坑电场环境数值模拟

由于太阳紫外、X射线和太阳风粒子作用,近月表形成尘埃等离子体环境,而月表陨坑地形使得这种尘埃等离子体环境更为复杂.本文以位于嫦娥四号着陆区的织女陨坑为研究对象,基于高程数据构造了该陨坑的三维模型.根据太阳-月球关系和陨坑地理坐标信息,计算了陨坑白天任意时刻的有效太阳辐照度分布,探讨了不同时刻陨坑内外的光照面积占比,得到陨坑随地方时而发生的遮蔽效应特征.同时,基于月表充电方程计算了织女陨坑在不同地方时条件下的平衡表面电势、德拜鞘高度和电场强度分布,发现陨坑自身遮蔽效应对坑内电场环境影响十分明显.以坑底中心为例,讨论了地方时和纬度对类织女陨坑的平衡表面电势、德拜鞘高度及电场强度的影响,结果表明三者变化特征均以正午时刻及赤道为界呈对称分布,越接近12:00LT或者越接近赤道,坑底中心的平衡表面电势和电场强度越高,德拜鞘高度越低.      

当代空间红外天文观测技术的发展

1 空间红外观测的意义 □□温度低于4000K的天体的辐射主要在红外区,因此是空间红外天文观测的主要对象。其意义体现在以下几个方面: (1) 揭示冷状态的物质 宇宙中从微米大小的尘埃到巨大的行星,它们的温度范围是3～1500K。在这个温度范围内,物体辐射的大多数能量位于红外区。     

宇宙探索

四、红外和紫外望远镜 红外望远镜 红外望远镜接收红外线探测宇宙. 红外线是可见光波长较长的红端之外到毫米波射电波之间的电磁辐射光谱.宇宙中所有温度低于3000℃、高于-250℃的物体都发射红外线,因此,使用红外望远镜可以观测到温度从3000℃到-250℃的幼年恒星、褐矮星和行星等天体,以及星际尘埃物质和亚毫米波辐射等.