空间微生物实验技术研究进展

微生物具有结构简单、生长周期短、繁殖快、便于搭载等优点,被作为生物模型用于空间环境下的生命现象研究、地外生命探测以及开展以微生物为重点关注对象的行星保护任务研究.随着中国空间站在轨建造任务的临近,微生物空间实验技术开发以及相应的实验装置研制需要加快部署.本文以已实现空间应用的微生物技术为基础,从微生物空间培养、保存、检...     

与病原体共存

在谈论病原微生物的行为之前，有必要做一点小小的解释。繁衍造成的生物数量增长是指数形式的，“今人有五子不为多，子又有五子，大父未死而有二十五孙”。有限的自然资源无疑不能容许增长无限持续下去，指数的威力使得同一物种内部很快就产生了僧多粥少的生存斗争（与许多人可能产生的误解不同，这种内部竞争才是“为生存而斗争”的核心，物种之间的斗争反而不是）。能够更好地适应当时的气候、土壤、水源、其他生物影响等环境因素而存活下来的个体，有机会繁衍更多的后代，取得暂时的优势，反之则被淘汰掉。这就是自然选择。     

人体热调节的有限元分析

本文根据人体的热调节机制建立了二维人体热调节的有限元模型，并设计了相应的实验对该模型进行了验证，实验结果与计算结果吻合较好，本模型对于以人体－环境热交换为内容的工程实践和理论研究有较高的应用价值。     

蜂群无人机自组网多优先级自适应退避算法

针对现有媒质接入控制（MAC）协议退避算法无法为蜂群无人机自组网（FANETs）提供区分服务,且在重负载时性能严重恶化等问题,提出一种多优先级自适应退避算法。采用忙闲因子自适应机制和最优竞争窗自适应机制,根据信道忙闲程度和网络状态参数自适应实时更新各优先级竞争窗口（CW）长度,从而使每次退避的竞争窗口可快速收敛到最佳状态,并实现了多业务区分服务,得到了最优的系统性能。通过建立不同优先级退避过程的三维Markov链模型求解得到了饱和吞吐量下的最优竞争窗自适应因子,并且理论推导了系统吞吐量和平均MAC时延的数学表达式。仿真结果表明,所提算法在重负载时能够实现多优先级区分服务并有效提高系统的吞吐量性能,相比区分业务优先级的自适应退避（PAB）算法和支持QoS的自适应竞争窗口退避算法（Q-ABACW）,性能均有较大提升。      

基于退化数据与故障数据的导弹竞争故障预测

针对具有多元退化量的导弹竞争故障预测问题,分析了导弹退化特性,并在考虑突发故障与退化故障相关性的基础上,建立了具有多元退化量的导弹竞争故障预测模型。对导弹性能退化数据与突发故障数据进行统计推断,确定了数据的分布类型,在此基础上对竞争故障预测模型的参数进行了求解。针对导弹性能退化数据分布参数存在非线性、小样本等问题,运用最小二乘支持向量机(LS-SVM)预测模型对性能退化数据的分布参数进行了预测,得到了性能退化数据未来某一时刻的分布函数;针对退化量与突发故障的相关性,应用位置-尺度模型分析了退化量与突发故障的关系,得出了突发故障与退化量的相关参数,进而根据导弹竞争故障预测模型得到了导弹未来一段时间内的竞争故障概率。以贮存状态下的整批导弹为例,实现了导弹竞争故障预测,并与其他预测方法进行了对比,结果验证了方法的合理性与有效性。      

不确定理论下竞争失效系统的可靠性分析

针对有新研发产品,故障数据较少的复杂系统,提出了不确定环境下自然退化和外部冲击相互独立的竞争失效模型。考虑了系统同时遭受自然退化和外部冲击,连续的自然退化用一个不确定过程刻画,冲击到达的时间间隔和每次冲击对系统造成的损坏量分别用2个不同的不确定变量来刻画。运用不确定理论,分别在极端冲击模型、累积冲击模型、δ冲击模型下,研究了系统的确信可靠度,结果表明:在有新研发的产品、故障数据较少的复杂系统,用不确定理论的方法来描述模型更合适,并通过数值分析显示了模型的有效性。      

孤立气泡生长过程的短时微重力落塔实验研究

利用中国科学院国家微重力实验室北京落塔提供的3.6s微重力时间开展了短时微重力条件下的池沸腾实验研究, 分析了微重力条件下孤立的单个气泡生长过程特征. 实验中采用掺杂磷的N型光滑硅片作为加热面(加热片尺寸10mm×10mm×0.5mm), 以含气率0.0046 (气液摩尔分数比)的FC-72作为工质, 利用恒流源对加热片通电加热. 通过对实验观测到的单个气泡生长图像及相应传热数据分析可知, 经典传热机制控制的气泡生长模型可以描述其早期特征. 相关模型中经验参数的拟合结果在文献报道的数值范围内, 表明重力对气泡生长早期影响较小, 但较大的气泡尺寸可以提供更准确的数值结果.      

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.      

鱼类摆动推进的双涡模型及实验研究

通过对鱼类摆动推进的观测、实验和分析研究、从仿生学、运动学和涡动力学等方面综合研究了鱼类游动的机理，提出双涡结构模型，理论分析认为“８”字涡的存在与相互作用是一种动力机制，是鱼类摆动产生推力的原因，以此模型为指导设计了刚性仿鱼尾摆动翼的有关实验，实验结果得到启发性的有力证据，在不同流速的水洞中摆动翼均产生一定的推力，并且在水介质中的耗功率明显低于在空气中的耗功率，由此得了出结论：“８”字涡具有储能     

某型囊式抗荷服热性能分析

为了研究某型抗荷服在不同环境条件下的热防护性能,在分析抗荷服传热传质特点的基础上对该服装的不同节段分别建立不同的服装传热模型,再将人体热调节模型和服装模型结合起来模拟不同环境条件下人体着装的动态仿真,得到人体各节段皮肤温度、人体平均温度、核心温度以及出汗量等,计算出飞行员综合热应激指数,并进行实验验证.最后利用所建模型分析服装热阻及透湿指数对人体热负荷的影响.     

Succession in a microbial mat community: A gaian perspective

The Gaia hypothesis originally proposed by James E. Lovelock states that the composition, oxidation-reduction state and temperature of the troposphere are actively regulated by the activities of the biota. The gaian concept has been extrapolated to include the composition of surface sediments through the process of biomineralization. The stratified microbial community dominated by the cyanobacterium Microcoleus chthonoplastes is actively involved in the deposition of laminated sediments at Laguna Figueroa, Baja California, Mexico. Unusually heavy rains in the winters of 1979 and 1980 flooded the evaporite flat with up to 3 meters of meteoric water and deposited 5 – 10 cm of allocthonous sediment. The composition of the microbial community changed as a succession of dominating microbial species ensued, ultimately leading to the recolonization of the surface sediment by the original Microcoleus-dominated community. The resiliency of bacterial communities is suggested to be an important mechanism of gaian control systems.     

航天器AIT中心微生物多样性分析

航天器AIT（总装、集成和测试）中心的洁净度控制是防止造成航天器正向污染的重要保障.利用高通量测序技术与传统培养法比较分析了中国某航天器AIT中心的空气微生物组成与多样性.基于高通量的测序分析结果显示:该AIT中心空气中优势细菌以芽孢杆菌属为主,相对丰度78.47%±1.59%;优势真菌为银耳目,相对丰度8.97%±0.93%;基于培养法获得的优势细菌为葡萄球菌属,且未获得真菌培养物.空气微生物的chao1指数、Simpson多样性指数以及Shannon多样性指数分析显示,该AIT中心空气中细菌的多样性水平均高于真菌.      

Significance of rhizosphere microorganisms in reclaiming water in a CELSS.

Plant-microbe interactions, such as those of the rhizosphere, may be ideally suited for recycling water in a Controlled Ecological Life Support System (CELSS). The primary contaminant of waste hygiene water will be surfactants or soaps. We identified changes in the microbial ecology in the rhizosphere of hydroponical1y grown lettuce during exposure to surfactant. Six week old lettuce plants were transferred into a chamber with a recirculating hydroponic system. Microbial density and population composition were determined for the nutrient solution prior to introduction of plants and then again with plants prior to surfactant addition. The surfactant Igepon was added to the recirculating nutrient solution to a final concentration of 1.0 g L-1. Bacteria density and species diversity of the solution were monitored over a 72-h period following introduction of Igepon. Nine distinct bacterial types were identified in the rhisosphere; three species accounted for 87% of the normal rhizosphere population. Microbial cell number increased in the presence of Igepon, however species diversity declined. At the point when Igepon was degraded from solution, diversity was reduced to only two species. Igepon was found to be degraded directly by only one species found in the rhizosphere. Since surfactants are degraded from the waste hygiene water within 24 h, the potential for using rhizosphere bacteria as a waste processor in a CELSS is promising.     

High temperature effect on microflora of radish root-inhabited zone and nutrient solutions for radish growth.

The effect of high temperatures (35 and 45 degrees C) on microflora of the root zone of radish plants grown in phytotron was evaluated by the response of microorganisms from 9 indicator groups. Phytotron air temperature elevated to 35 degrees C for 20 hours caused no significant changes in qualitative and quantitative composition of the root microflora in experimental plants. By the end of the experiment, the species diversity of microflora had changed. The amount of phytopathogenic microorganisms decreased which can be interpreted as more stable co-existence of microflora with plants. The numbers of microbes from other indicator groups was in dynamic equilibrium. The plants' condition did not deteriorate either. Exposure to the temperature of 45 degrees C for 7 hours have been found to change the numbers and species diversity in the radish root zone microflora. The microorganisms were observed to increase their total numbers at the expense of certain indicator groups. Bacteria increased spore forms at the stage of spores. Colon bacillus bacteria of increased their numbers by the end of experiment by an order. By the end of experiment the roots of experiment plants had microscopic fungi from Mucor, Aspergillus, Trichoderma, Cladosporium genera. The observed changes in the microbial complex seem to be associated with the changes of root emissions and general deterioration of the plants' condition. It is suggested that the response of the microorganisms can be indicative of the condition of plants under investigation.     

无人战斗机实时数据处理延迟模型研究

无人战斗机日益成为航空界研究发展的方向和目标,其有效性和先进性取决于其实时管理和控制所采用的方法.通过分析无人战斗机系统数据处理的闭环回路过程,提出了无人战斗机实时任务规划和控制的通讯延迟模型,并将模型用在无人战斗机实时任务规划系统中.仿真结果表明:延迟模型可以为无人战斗机的姿态和位置等飞行状态提供有效的预测和补偿.      

The structure and function of microbial communities in recirculating hydroponic systems.

Strategies to control the microbial community associated with plant growth systems need to be based on a fundamental understanding of the factors which structure and regulate the community. Spatial and temporal patterns in the abundance and production rate of microorganisms in hydroponic systems containing wheat were examined to evaluate how root-derived carbon is processed. The relevance of results to monitoring and control strategies is discussed.     

Klobuchar模型的实用分析与改进

电离层延迟误差是无线电信号传播中不可忽视的误差源.GPS特许用户利用双频接收机的双频观测值直接对电离层延迟进行实时测定,其所得结果精度很高.多数普通用户所使用的单频接收机依靠电离层模型对其进行误差修正,效果不很理想.本文通过WUHN观测站双频接收机10天的实测数据对GPS广播星历采用的Klobuchar模型进行了验证,其结果与前人论述相一致.此外,经由反映太阳活动强度的太阳相对黑子数对Klobuchar模型提出了新的改进方法.实验数据结果表明,该方法对此模型修正效果有大幅提升,对原模型修正效果>50%的修正率由60%左右提升至85%以上,>80%的修正率由10%左右提升至40%以上.在实际应用中单频接收机用户可以参考本文改进方法对Klobuchar模型进行修正.      

数字开关液压系统管路压力波传播建模与分析

为准确描述数字开关液压系统管路压力波传播特性，应用基于传递函数与时间延迟的管路压力波传播分析模型，通过耦合高速开关阀输出流量特性与管路压力波传播分析模型，实现两位两通高速开关阀控缸系统管路压力波传播特性的建模与分析，讨论了不同参数下的管路压力波传播特性，并通过相应的实验加以验证。结果表明，实验结果与分析模型结果一致性较好，高速开关阀动态特性与系统管路压力波传播特性密切相关，管路属性对系统管路压力波传播过程影响显著，将为后续数字开关惯性液压系统的研究奠定基础。      

网络控制中传输延迟的接口延迟模型

针对网络控制应用中的延迟问题,通过将传输延迟与网络接口合并到一起,建立了一种新模型:接口延迟模型,然后给出了接口延迟的求解方法,并对接口延迟在实际应用中的各种有关性质进行了深入的研究.接口延迟模型的建立,使得网络控制的研究可以从具体的传输网络中脱离出来,从而可以直接围绕可测的接口延迟研究网络控制系统.