太空中的“牛顿”——欧洲“重力场和静态洋流探测”卫星发射成功

2008年9月10日,"重力场和静态洋流探测"卫星由俄罗斯轰鸣号火箭从普列谢茨克发射场发射进入太阳同步近圆极轨道,它是欧洲空间局最具挑战的任务之一,也是"地球探测者"家族中发射升空的首颗卫星。该卫星的首要任务是探测地球最突出的特征——重力场。     

落体法测定转动惯量的问题

落体法是利用地球重力场测定转动惯量的方法。文中介绍了两种落体测量方法,说明了它们的作用原理及其他有关问题。这些方法的测量精度优于5%。利用这些方法可以测定质量未知物体的转动惯量。     

重力卫星星间高精度测距技术研究

卫卫跟踪(SST)技术是当前地球重力场测量最有价值和应用前景的方法之一.高精度星间测距系统是低低卫卫跟踪(SST-ll)重力卫星的关键有效载荷.GRACE卫星携带的K波段测距系统(KBR K Band Ranging System)是一微米量级的测距系统,通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据,可以恢复出地球重力场.GRACE后续计划又提出了一种更高精度的激光干涉测距系统.在研究KBR及激光干涉测距系统测量原理的基础上,提出了一种KBR系统的基本结构,详细分析了两种测距系统的关键技术及国内目前的研究水平,提出了我国开展星间测距系统研究的一些建议.      

重力卫星高精度测距系统观测量的降速率滤波算法

在卫星时频传递、矢量测量技术领域，有效观测数据的高精度滤波处理十分重要，其基本要求是在保留有效观测信息的同时能够降低噪声干扰，实现原始信息的高效、高精度传递。以中国地球重力场测量卫星高精度测距系统的工程研制为背景，为实现高频噪声抑制、保留低频重力场信息，基于对FIR滤波器结构的优化和窗函数的改进，提出了一种对10 Hz采样率的原始测距数据降速率、降噪滤波的算法。相比其他类似算法，所提方法同时具备降速滤波和差分运算两种功能，噪声抑制抑制度优于44%，且频率截止特性陡峭，第一旁瓣抑制度达到–94 dB。该算法在提高测距精度、充分保留重力场信息的同时，实现了地面数据后处理流程的简化，为微波测量系统、激光测量系统的数据处理提供了一种优选方案。     

俄月球-全球等探测任务中的无线电科学试验

俄罗斯航天局正在规划和推进新的月球探测计划,包括月球-资源和月球-全球探测任务,它们搭载了3个无线电科学载荷:2个无线电信标机分别安装在2个着陆器上,1个Ka波段接收机安装在月球-全球轨道器上。信标机发射频率为8.4GHz和32GHz。8.4GHz的微波信号将被发回地球,利用地面VLBI监测网对信号进行测量,其结果可用于精密的天体力学观测及导航,还能用于月球天平动研究;32GHz信号将用于定轨和月球重力场研究。Ka波段信号天线轴指向着陆区天顶方向,信号由轨道器接收。本文基于对Ka波段信号多普勒频移的精确测量,通过研究着陆区附近重力场的微小变化(约3~5mGal精度),探讨月球重力场的不均匀性,其测量数据的空间分辨率约为20km。     

LL-SST的重力场测量类空间圆编队构型设计

根据LL-SST重力场测量改进对编队构型设计的要求,基于平均轨道根数描述的编队运动学方程,对自然轨道的编队构型进行了地球扁率二阶摄动下的修正,设计了在J2长期项和J3长周期项影响下相对稳定的类空间圆编队构型,并得到卫星的初始轨道根数.仿真表明,30天的仿真时间内,设计所得构型满足重力场测量下编队的约束,且在J2长期项和J3长周期项摄动影响下,与考虑J2半长轴修正设计的空间圆构型相比,在径向和迹向上的漂移量分别减少了99.980%,99.976%,法向振幅发散减少了99.710%.     

空间物理学科发展战略研究

空间物理学是人类进入空间时代后迅速发展起来的一门新兴的多学科交叉的前沿基础学科。其将太阳和太阳风控制的日球层空间作为一个系统，研究太阳/太阳风与行星/彗星的上层大气、电离层、磁层乃至星际介质之间的相互作用。空间物理学从本质上讲是一门实验科学，空间物理探测是空间物理学发展的基础。进入新世纪，随着空间基础设施和人类高技术活动的日益频繁，空间物理学进入新的发展阶段，强调科学与应用的密切结合。近年来，空间物理学取得了一系列重要进展。本文对接国家自然科学基金委地球科学部“宜居地球-地球系统科学”的顶层战略设计，梳理总结近年来空间物理各学科发展动态和趋势，凝练中国空间物理学未来发展的重点领域，优化学科布局，推进空间物理各学科的高质量发展。     

一种提高卫星相对轨道运动全物理仿真逼真度的新方法

现有的卫星控制系统全物理仿真很少对卫星绕地球的轨道运动进行模拟,即使在卫星间相对轨道运动的全物理仿真中也没有考虑地心引力差和惯性力项的存在,因此其逼真度受到了影响.提出一种在共面圆轨道近距离卫星相对运动全物理仿真中引入地心引力差和惯性力项的方法,提高了物理仿真实验的逼真度.     

空间技术在地震预测中的应用

空间技术在地震预测中用途甚广。空间测地技术可用于监测地壳应变引起的地表变形和位移;从卫星上对地表摄影可判明地壳结构(下称壳构)情况,加深人们对地震壳构的了解;卫星绘制地球重力场详图,可用以查明震源地区的地球动力学过程;对地监测得到的数据可以通过人造卫星迅速传给数据处理中心。本文重点介绍空间技术监测地壳变形及位移诸法,对其它应用也简明述及。用空间测地技术监测地壳变形及位移地震前后震区地壳会发生加速变形和位移。但震前变形数据极零碎,取得数据要用     

人类钟情于火星

在太阳系九大行星中，人类为什么钟情于火星?这是因为火星在物理、化学物质上最接近地球。在九大行星中，除地球之外，火星大概是最有可能存在生命的一颗行星了。火星是地球的近邻，不过它和太阳的距离要比地球平均远7800万千米，因此可以推断它比地球要寒冷些。火星赤道上的温度，白天可能在27℃左右，而夜间就可能下降到-72℃，年平均温度为-60℃。     

探测地球自然灾害的一种方法

通过探测地球整体的辐射温度变化,即在空间把地球作为一个辐射点源对待,同时又将地球分成几百个局部,视为一个面源,进行实时的比较;又分别对太阳和宇宙背景的辐射温度变化进行测量,来了解地球表面和地气的热温度状况和太阳对地球、对宇宙背景能量传输的情况。从而研究地球上大规模灾害性事件(包括火山的爆发、地震、大气环流、气候变异等…)在整个地球上所能反映的热温度效应。探测地球在宇宙空间非平衡热状况下(太阳温度6000K;地球温度300K;空间背景3K)的耗散结构,研究在这种状况下物理力学的一些自会聚和自组织现象(即地球上灾害性事件形成过程),形成一门非平衡宇宙热力学,并使之成为一门实验科学。文章着重介绍为此目的实施的探测方法和其应用前景。     

动态地球磁层的时空剖分编码

动态地球磁层时空剖分模型借鉴了广泛应用于地学大数据的地球格网模型思想，实现了面向地球磁层的动态、非规则化物理空间的多层级剖分，且剖分格网形变稳定，可以实现一定范围内地球磁层时空特性的形式化。在此基础上，对剖分得到的时空格网进行编码表达，以便于计算机存储和处理，这是构建地球磁层大规模观测数据统一管理基础时空框架的另一个关键问题。由于地球磁层特殊的时空特性，经典、单一思路的地学编码方案较难完整地反映格网间的时空关系，因此难以支持格网间的基础时空关系计算。本文融合了整数坐标编码与Morton曲线编码的基本思路，实现了对漂移壳剖分格网的高效编码方案设计，完成了动态地球磁层的时空框架构建，从而为地磁数据的高效组织和处理奠定了基础。实验证明，本文提出的编码方案编码效率较高，且可以支持高效的相邻关系计算，为动态地球磁层多源、多层级、异构的大规模观测数据的组织与计算提供了一种解决方案。      

太阳光线有助孕育地球早期生命

正最新一项研究表明,太阳光线对于地球最早期生命的孕育起到关键作用。美国卡内基研究所科学地球物理实验室的地球物理学家罗伯特·哈森指出,这项研究非常有趣,铁硫簇的形成很可能是生命起源的一个重要步骤。40多亿年前,地球原始海洋上漂浮着许多重要酶物质,其中心存在铁硫簇,它们是原始生物分子、     

美大学希望用“铱”星搭载遥感器

为把66台遥感器搭载在铱通信公司的“下一代铱”移动通信星座卫星上,从而深入认识太阳入射能量和地球反射到太空中的热能之间的失衡,美国约翰。霍普金斯大学应用物理实验室正在争取NASA经费。该项目称为“地球辐射失衡系统”,是竞争NASA“地球风险”2科学任务计划经费的一个候选方案。该计划要求相关任务能在5年内发射,耗资不超过1．5亿美元。应用物理实验室ERIS项目首席科学家戴鲁德说,要以认识全球气候变化所需的精度来测量射出辐射,就必须能随时随地地进行测量。     

美国新发射的"圣杯"月球探测器简介

2011年9月10日,美国成功发射＂圣杯＂（GRAIL,又名＂重力恢复与内部实验室＂）探测器,其主要任务是探测月球重力场和内部结构。GRAIL包括两个相同的月球探测器,分别为GRAIL-A和B,它们运行在50km的近圆形月球极轨道上,利用Ka频段在两个探测器之间进行高精度距离变化率测量,通过对这些测量数据的分析,能直接获得月球重力场分布的信息。GRAIL的任务时间为270天,其中90天进行月球重力场测绘。     

寻找蓝色星球之梦

当哥伦布(1451-1506)站在15世纪的大西洋东岸时,他看到的是一片无边无际向西延伸的海洋。当时,西班牙宫廷学者已积累了相当程度的地球物理知识,地球是圆形的概念已被普遍接受。由13世纪马可     

太阳活动与全球气候变化

太阳不断向地球辐射电磁波和粒子, 太阳辐射是地球气候系统最主要的能量来源. 地球气候系统对太阳活动的响应是一个复杂的过程, 包括辐射过程、动力学过程以及微观物理过程等. 根据太阳辐射的卫星观测结果和重建结果, 例举了古气候、温度、大气环流和云量等方面太阳影响气候的观测证据, 论述了太阳影响气候的三种可能机制, 即太阳总辐射变化可以影响地表温度, 并通过海-气耦合改变大气环流; 太阳紫外辐射通过调制平流层的温度和风场影响下面的对流层; 太阳通过行星际磁场调制银河宇宙线, 而银河宇宙线通过电离大气影响云量, 进而改变地球的能量收支.      

波兰的空间活动

从1967年开始,波兰参加了“国际宇宙”计划的所有试验;宇宙物理学,宇宙气象学,宇宙生物学和医学,宇宙通信等等。1970年11月18日,“垂直线-Ⅰ”号地球物理火箭发射成功。这枚火箭上运载有波兰弗劳兹拉夫大学天文台和波兰科学院太阳地球联系实验室研制的 x 射线太阳值谱     

高精度空间加速度计及其应用

高精度空间加速度计不仅可以用来测量航天器受到的非引力, 例如航天器受到地球的热辐射压力、太阳辐射压力、大气阻力等, 而且还可以作为惯性参考用来改善航天器的微重力水平, 即对航天器进行无拖曳控制. 通过对开环加速度计基本工作原理的研究, 概述了高精度空间加速度计的发展趋势和现状, 介绍了几种不同类型的高精度空间加速度计, 重点讨论了其在地球科学和空间基础物理研究中的应用.      

深空卫星重力测量计划研究综述

地球卫星重力测量计划CHAMP(CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)、GOCE(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer)和月球卫星重力测量计划(Gravity Recovery and Interior Laboratory,GRAIL)的成功实施,以及下一代地球重力卫星(GRACE Follow-On)的即将发射昭示着我们将迎来一个前所未有的高精度和高空间分辨的深空卫星重力探测时代。围绕深空卫星重力测量的研究背景、必要性、可行性、卫星重力反演软件平台构建、轨道摄动和未来研究方向开展了研究论证。研究表明:深空卫星重力测量作为新世纪重力探测技术,在精化量体重力场、提高惯性导航精度、天体动力学、天体物理学和军事技术的研究,以及促进国民经济发展和提高社会效益等方面具有广泛的应用前景。