基于OCO-2卫星遥感数据的三峡库区XCO2时空特征演变分析

定量分析三峡库区大气二氧化碳柱浓度混合比(XCO₂)演变趋势及空间分布,能有效探究水电工程对库区大气CO₂浓度的影响,对实现国家“双碳”目标,调节能源结构具有重要参考价值。文章选取轨道碳观测卫星-2(OCO-2)卫星观测数据,基于反距离权重(IDW)插值,利用曼-肯德尔(Mann-Kendall)法非参检验、森氏(Sen’s)斜率估计、空间自相关分析以及冷热点算法,分析研究区大气CO₂的演变趋势和空间特征。研究结果表明：1)2015～2020年,三峡库区各区县大气CO₂月均、年均浓度呈上升趋势,研究区整体呈显著增长趋势;冬季大气CO₂浓度最高,秋季最低,表现出明显的季节性周期变化。2)2015～2020年三峡库区大气CO₂具有较高空间相关性,且部分区域表现出冷热点聚集现象。3)三峡库区XCO₂与全国平均水平具有良好一致性,三峡工程的建设并未导致三峡库区CO₂浓度升高。     

高速涡轮泵多部件耦合转子系统动力行为

液体火箭发动机高速涡轮泵系统包含多道浮环密封、轴端机械密封、滚动轴承等微小间隙约束的摩擦学基础部件,间隙内流体与多部件的相互耦合作用效应会导致转子系统动力行为的演变,其机理研究成为整机朝着更高性能与极端化方向(高速、高压、低温/高温等)发展的理论指导基础。首先,构建了考虑流体膜厚方程、动态雷诺方程、介质属性方程以及支撑单元力平衡方程的机械密封热弹流模型和浮环密封动态性能分析模型;其次,耦合各摩擦学单元动态性能模型,发展了包含机械密封、浮环密封、滚动轴承、涡轮泵转子等多功能部件耦合的整机转子系统的动力特性分析模型;最后,采用数值方法实现了对上述多个模型的求解,获得了典型工况条件下的涡轮泵系统动力学行为演变规律。结果表明组合密封导致系统对临界特性影响较小,能导致瞬态响应增加和失稳转速降低。     

一种卫星用钛内衬-碳纤维缠绕复合材料气瓶特性研究

为了研究复合材料高压气瓶固有特性,针对钛内衬（TA1）/碳纤维（T1000GB）缠绕柱形复合材料气瓶进行了特性分析和应力-应变检测。总结了内衬特性和复合层特性对气瓶产生的各种影响,根据柱形气瓶环向应变和纵向应变实测数据分析了瓶体应变的变化规律和主要影响参数,找出了瓶体强度薄弱区,为结构优化和同类产品设计提供了可靠数据和理论指导。     

地球静止轨道卫星撞击解体的数值模拟

分析了地球静止轨道（GE0）环内的物体现状,引入美国家航空航天局（NASA）的标准解体模型,给出了卫星撞击解体算法,编写了数值仿真软件,仿真研究了GEO卫星撞击解体形成碎片的特征及其轨道分布。结果表明：撞击会产生大量碎片,对空间环境造成长期的严重危害。研究结果对分析卫星撞击解体特性、保护空间环境有一定的参考价值。     

基于多源遥感数据的森林虫害监测及驱动力分析

遥感监测可以及时、准确地监测森林虫害扰动的时空格局,并预测其暴发状况,为区域尺度的森林管理和政策提供指导。文章以加拿大不列颠哥伦比亚省为研究区,基于多源遥感数据,将LandTrendr算法（基于Landsat的干扰和恢复趋势检测算法）和随机森林（RF）分类器相融合识别了1999～2015年森林虫害的暴发区域与严重程度,分析其时空格局,解析了驱动虫害暴发蔓延的关键因子,以及森林生态系统对虫害暴发的响应机制。研究结果表明：1）通过样本点独立验证,提出的森林虫害扰动遥感方法识别准确率达87.1%,与航空调查数据识别准确率接近,森林虫害暴发具有明显时空分异特征;2）原生的虫害暴发地区,其前期的扰动历史或地形因素比其他因素更易造成虫害扰动;3）森林生态系统对虫害暴发的生理性响应早于结构性响应,未来可以利用森林的叶绿素荧光等生理指数来提早监测和预警森林虫害扰动发生。     

绕月飞行的大幅值逆行轨道研究

以地-月系为背景,研究了绕月飞行的大幅值逆行轨道(DRO)的轨道稳定性,及轨道转移等问题。数值结果表明：太阳引力对DRO稳定性有破坏作用,但仍能保持较长时间的绕飞。随后,利用与DRO相切的Lyapunov轨道研究了DRO的低能轨道转移：利用地月系LL1点Lyapunov轨道的不变流形,实现DRO的快速转移;利用
LL2点Lyapunov轨道作为弱稳定边界（WSB）转移的入口,实现DRO的低能转移。显然,得到的两类转移方式完全不同于以往的研究,且数值仿真表明了设计方法的可行性。

     

热老化对APMOC和PBO拉伸性能的影响

为研究热对阿莫斯（APMOC）和聚对亚苯基苯并双唑（PBO）力学行为的影响,用高温干燥箱在温度100,120,150℃下分别对两者进行热老化实验,并对老化试样进行单丝拉伸测试和拉伸断口的电镜扫描观察（SEM）。实验结果表明：PBO具有较APMOC更优的热稳定性,在实验温度范围内,PBO的性能基本不变;AP-MOC在温度100,120℃处理时性能有所增强;老化对两种纤维模量的影响均很小,而断裂伸长率均有所下降;SEM发现纤维失效形式由原纤化向脆性断裂转变,与其他芳纶老化情形一致。     

地月系中探测器定点在三角平动点附近的位置漂移及其控制问题

对地月系中三角平动点的稳定状态以及在该点附近定位探测器的可能性作了深入探讨,研究表明,尽管地月系中的μ值较大 (μ=1／80) ,在圆型限制性三体问题意义下,所允许的初始状态偏离程度可以很大,但由于第四体（太阳）引力摄动太大（其量级可达2×10 -2>μ) , 将探测器无控制地定点在其三角平动点附近的可能性几乎不存在。如果有这种定点需要,则必须在运行过程中按偏离的规律进行轨控,就像地球静止卫星在赤道上空定位控制那样,进行“东西”控制（相当于轨道半长轴的控制）和“南北”控制（相当于轨道倾角的控制）.     

以混合聚醚为软段的含能热塑性聚氨酯弹性体的性能研究

采用熔融二步法合成了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和聚环氧乙烷-四氢呋喃共聚物(PET)为软段,以2,2-二叠氮甲基-1,3-丙二醇和HMDI为硬段,硬段含量为55%的混合聚醚型含能热塑性聚氨酯弹性体(ETPUE),通过FTIR、DSC、DMA及机械性能测试对该弹性体进行了结构和性能表征,发现所合成的ETPUE具有GAP含能弹性体的特征,具有明显的相分离,ETPUE中PET的引入使GAP的Tg降低,在PET含量达到软段总质量的30%时,能观察到PET的玻璃化转变,在所研究的温度范围内,所合成ETPUE没有明显的结晶。同时结果表明,ETPUE中引入PET后,硬段的Tg具有先降低后升高的规律,软段中PET的含量增加,ETPUE的拉伸强度呈现下降的趋势,断裂延伸率有升高的趋势,当软段中PET的含量达到30%~40%时,其综合性能较优。     

N2O/C3H8发动机气液同轴离心式喷嘴喷雾性能数值模拟研究

采用数值计算方法对氧化亚氮/丙烷（N2O/C3H8）发动机样机气液同轴离心式喷嘴的喷雾性能进行了研究,得到了环缝外喷嘴气相喷注压降和内喷嘴缩进深度对离心式喷嘴喷雾流场的影响.分析结果表明,较低的气相喷注压降（＜0.3 MPa）会显著的影响液滴在流场中的蒸发速率以及流场流强、混合比、索太尔平均直径（SMD）和n值的分布;气相喷注压降从0.3 MPa增加至0.6 MPa,稳定喷雾流场液滴SMD和n值分别在2.41～1.68,2.03～0.98范围内变化并逐渐减小.内喷嘴缩进深度从0 mm增加至6 mm,稳定喷雾流场液滴的SMD和n值受其影响较小,均分别在1.70～0.94,2.36～0.99范围内波动.喷嘴的最佳燃烧区主要分布在下游轴向位置0.015～0.035m范围内并随着气相喷注压降的升高和内喷嘴缩进深度的增大逐渐靠近喷嘴出口.该设计喷嘴在发动机热试实验中表现出很好的性能.     

双超敏捷卫星载荷舱扰动补偿研究

文章针对动静隔离式双超敏捷卫星载荷舱存在活动部件时，载荷舱指向精度下降的问题，依据双超敏捷卫星的特点，对双超敏捷卫星载荷舱进行了扰动补偿研究。首先，建立了载荷舱活动部件扰动模型以及双超敏捷卫星模型，扰动包括反作用飞轮小幅值高频随机扰动和摆镜扫描大幅值规律性扰动；然后，在采用飞轮扰动被动隔振和摆镜扫描主动补偿的基础上，利用双超敏捷卫星磁浮机构带宽高的特点进行二次主动隔振。仿真结果表明：在进行飞轮扰动被动隔振以及摆镜扫描扰动主动补偿后，载荷舱的指向精度提高到6×10-3（deg）；磁浮机构进行二次主动隔振后，载荷舱的指向精度提高到2×10-4（deg）。该方法为双超敏捷卫星载荷舱受扰时指向精度下降问题提供解决思路。利用磁浮机构不仅可以隔离平台舱的扰动，而且可以提供高带宽主动控制力来抑制载荷舱的扰动。但在具体实施过程中还需考虑载荷舱与平台舱之间的碰撞问题。     

糠酮树脂炭及其炭/炭复合材料微观结构与性能研究

通过浸渍/炭化(PIC)工艺制备了糠酮树脂炭块及糠酮树脂基炭/炭复合材料,对其密度分布、力学和热物理性能及微观结构高温演变过程进行了分析研究。结果表明,制备的糠酮树脂炭块及其炭/炭复合材料密度分布较为均匀,其压缩强度分别为33.9、99.4 MPa,室温~1 000℃时平均线膨胀系数分别为3.91×10-6、1.69×10-6K-1;当热处理温度达到2 100℃左右时,Lc值开始大幅度增长,标志着无定形碳向石墨晶体结构转变。在整个热处理过程中,炭/炭材料石墨微晶尺寸增长幅度比纯树脂炭的大,树脂炭块的显微结构为一种高孔隙度的炭结构,但在炭/炭复合材料中树脂炭与纤维之间界面结合良好。     

高能电子辐照下介质材料内沉积电荷分布试验研究

深层带电是影响航天器在轨安全和正常运行的重要空间环境效应,而高能电子在介质材料内部的沉积电荷分布特性是深层带电效应的重要考量因素。文章采用脉冲电声（pulsed electro-acoustic, PEA）法测试了0.3～1.0 MeV电子辐照下聚酰亚胺（PI）材料内部的沉积电荷分布特性,研究了电子能量和入射电子数对材料内部沉积电荷分布的影响规律。结果表明：高能电子主要沉积在辐照区的后端,随着入射电子数的增加,材料内部沉积的电荷量将不断增加,最终达到稳定状态;能量越高的电子穿透能力越强,并在材料内部形成分布范围更广的电荷沉积峰。     

基于微振动对成像质量影响的CMG微振动抑制方法

文章以某高分辨率遥感卫星为背景,开展基于微振动对成像质量影响的CMG（controlled moment gyro,控制力矩陀螺）微振动抑制方法研究,首先分析微振动的方向、振幅、频率对成像质量的影响规律,提出微振动抑制不仅应考虑结构的动力学特性,而且应该根据微振动对成像质量的影响规律开展针对性设计;然后以某型号CMG为例,建立包括结构有限元模型、扰振源模型、隔振器模型在内的微振动分析模型,得到100 Hz频率下振动响应随隔振器弹性模量的变化规律,并在此基础上,结合隔振系统的频率要求等约束条件对隔振器参数进行优化。仿真结果表明：优化后隔振器三方向的隔振效率都在50%以上,提高了高分辨率遥感卫星的成像质量,可为后续微振动抑制研究提供参考。     

火星探测器再入RCS喷流干扰效应数值模拟研究

针对火星大气环境下的反作用力控制系统（RCS）喷流干扰问题,采用自研CFD软件数值模拟“火星科学实验室”（MSL）外形在火星大气环境中的喷流干扰效应;并与文献中的高超声速喷流干扰风洞试验和计算结果进行对比验证;继而完成了火星大气环境高超声速（M_∞=5～10）条件下的偏航方向喷流干扰效应数值模拟,获得了不同攻角（α=0°～-30°）、不同马赫数条件下的喷流干扰气动规律：负攻角增大将导致喷流干扰效应增强以及附加偏航力矩增加;来流马赫数对附加干扰力矩的影响较小。研究结果可为火星探测器喷流控制设计提供参考。     

γ源辐射角度对光子高度计性能的影响分析

为了研究分析月球环境下γ光子高度计源辐射角度对其性能的影响,文章建立了月球着陆器简化模型,利用基于蒙特卡罗方法的粒子输运程序（MCNP）软件仿真计算了接收处理器捕获的光子计数随γ源辐射角度的变化规律。仿真结果表明：辐射角度小于一定值时,光子计数随着辐射角度的增大近似呈线性增长;当γ源辐射角度增大到一定值时,光子计数基本不再有变化。文章的分析方法和结果可以为合理确定γ光子高度计源辐射角度提供设计参考。     

星载大功率GaN固态功放寿命评估方法

近年来大功率氮化镓（GaN）固态功放开始逐步星载应用,但产品可靠性仍未得到充分验证。文章提出利用加速寿命试验（ALT）和在轨工作情况相结合的方法进行大功率GaN固态功放寿命评估。首先利用故障模式、机理及影响分析（FMMEA）确定固态功放的薄弱环节和主要失效机理;然后基于阿仑尼乌斯（Arrhenius）模型研究加速寿命试验激活能和加速应力的取值方法,对产品进行75 ℃、10 000 h的加速寿命试验;最后综合加速寿命试验结果和在轨工作情况对GaN固态功放进行寿命评估。评估结果显示：该产品45 ℃条件下在轨工作时,平均无故障时间（MTTF）为1.26×106 h,失效率为7.93×10-7,15年工作可靠度为0.901。     

液氮贮箱自增压实验与数值仿真

为研究低温推进剂在常温下的自增压过程,设计了以液氮为模拟介质可视化低温玻璃贮箱自增压实验系统,研究了自增压过程压力和温度的变化规律及体积充填率对压力和温度变化的影响。实验结果表明：气枕区和液体区存在显著的轴向温度分层,液体区温度的上升速率低于压力引起饱和温度的上升速率。压力上升分为有典型意义的三段：初始段、过渡段和稳定段,稳定段的压力上升速率随体积充填率增加而增加。液体区的对流运动在自增压过程受到抑制,气液界面逐渐进入准静止状态。并以实验测得温度作为边界条件,采用流体体积（VOF）模型对整个自增压过程进行了175 s的数值仿真。仿真得到的压力曲线变化规律与实验结果基本一致,稳定段的压力上升速率是实验值的1.58倍。本文得到的自增压物理参数变化规律,为低温推进剂的贮存和贮箱的热防护设计提供参考。     

三硅醇苯基POSS复合聚酰亚胺薄膜的制备与抗原子氧侵蚀性能研究

低地球轨道上运行的航天器表面材料尤其是聚合物材料极易受到原子氧侵蚀。以三硅醇苯基笼型聚倍半硅氧烷（TSP-POSS）为填料,以PMDA-ODA型聚酰亚胺（PI）为基体,通过机械共混法制备一系列复合薄膜,系统研究TSP-POSS的引入对复合薄膜耐热性能、光学性能以及抗原子氧侵蚀性能的影响。结果表明：TSP-POSS与PMDA-ODA型聚酰胺酸（PAA）具有良好的相容性,复合溶液均匀,储存稳定性优良;PAA/TSP-POSS复合溶液热酰亚胺化后形成的PI/TSP-POSS复合薄膜在TSP-POSS含量（质量分数）低于25%时可保持良好的均匀性;TSP-POSS的加入可在一定程度上提高复合薄膜的光学透明性,且对复合薄膜耐热性能的影响较小;引入TSP-POSS可以显著提高PMDA-ODA薄膜的抗原子氧性能,经受累积注量达4.02×1020 atoms/cm2的原子氧侵蚀后,TSP-POSS含量为25%的复合薄膜的原子氧剥蚀率为2.2×10-25 cm3/atom,仅为不含TSP-POSS薄膜的7.33%。     

基于多圆锥曲线法的着陆器奔月轨道设计与特性分析

针对载人登月任务中人货分运飞行模式,精确快速设计了着陆器(LM)的奔月轨道,分析了轨道窗口特性。以着陆器的奔月出发时刻、纬度幅角和加速脉冲为设计变量,基于多圆锥曲线法动力学模型,利用序列二次规划（SQP）优化算法对奔月轨道快速求解。在地心白道系下提出了近月点伪经度判别准则,该方法可为轨道设计参数初值提供正确参考。最后以伪倾角为窗口特性分析参数,发现了近月点窗口、近地点出发位置的变化规律。仿真结果表明,本文提出的伪经度搜索方法能够快速求解着陆器地月转移轨道,同时揭示了环月到达轨道(LLO)与近地出发轨道(LEO)之间的内在联系,研究结论可为未来载人登月工程提供借鉴。