2010年4月地球同步轨道相对论电子增强事件分析

为研究2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件的原因, 选取了2004-2010年之间高速太阳风下7个类似事件进行对比分析. 探讨了多种可能导致此次异常事件的太阳风和地磁条件. 结果表明, 较弱的磁暴使得相对论电子高通量区域更接近同步轨道, 此外, 哨声波加速很可能在2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件中起到重要作用. 磁暴强度与种子电子的注入深度密切相关, 表现为Dst指数曲线的形态与能量为30～100keV的电子高通量区域的下边缘高度吻合. 能量为30～100keV电子的注入深度影响了能量大于300keV的电子出现的磁层区域. 此事件中, 由于磁暴相对较弱, 种子电子向内磁层注入的深度较浅, 更靠近同步轨道区域, 这使得相对论电子大量出现的区域也靠近同步轨道, 最终导致同步轨道相对论电子通量异常增强. 另外, 2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件中, 高强度的亚暴提供了充足的种子电子并加强了波粒相互作用, 这也是相对论电子增强的必要条件.      

上游太阳风中高能电子向同步轨道区的传输

通常认为，同步轨道区的电子通量增加是由于磁暴或者上游太阳风高速流的扰动所引起．近来的观测表明，起源于太阳活动的行星际高能电子也是引起同步轨道电子通量增加的重要原因之一．Zhao等在研究2000年7月14日太阳剧烈活动时发现，同步轨道区相对论电子通量巨幅增加时没有观察到上游太阳风高速流的扰动，并且磁暴发生在电子通量事件之后．采用解析磁场模型和实际磁场模型(T96模型)模拟来自太阳的相对论电子在磁尾中的运动特性．计算结果表明，当行星际磁场南向时，进入到磁尾的行星际相对论电子可以从较远的磁尾区域运动到同步轨道区域．这一研究结果从理论上论证了起源于太阳活动的高能电子可以对同步轨道区相对论电子通量的增加产生重要的作用．     

使用地磁脉动参数定量预报地球同步轨道相对论电子通量的建模研究

磁层超低频波(ULF波)对种子电子的加速机制是磁层相对论电子产生的一个重要机制, 而地磁脉动参数可以作为此机制的有效指标. 本文采用地磁脉动参数作为输入参数, 借鉴线性预测滤波器技术, 构建一个多参量非线性函数, 进而利用此函数以及卡尔曼滤波技术, 建立一个地球同步轨道相对论电子通量日积分值预报模式, 提供提前一天的预报值. 使用2004年数据对该模式进行训练, 预报结果的预报效率为0.73, 线性相关系数为0.85. 使用2005-2006年的数据对该模式进行测试, 预报值与实测值之间的线性相关系数为0.83, 预报效率为0.69, 相比Persistence模式具有较大提升, 与仿REFM模式的预报效率相当      

防止卫星带电的导电温控涂层

迄今为止,对于同步轨道上运行的卫星,已观察、记载到数百次与卫星表面带电和放电有关的异常行为。这些异常行为主要表现为:逻辑干扰、开关转换、无指令线路转换、遥测异常、配线控制不稳定等。卫星表面的带电是由于磁层亚暴时,热等离子体(能量为几到几十千电子伏特)从磁尾注入同步高度及3—7地球半径的区域,与卫星表面材。料相互作用所致。据ATS-5卫星测得的数据:在同步轨道上运行的卫星每年约有1300小时处于亚暴环境中,其中对卫星影响较大的中、强亚暴(使表面—卫星地电位达-3～-12千伏),约占总时间的60％。     

基于同步轨道区磁场对相对论电子通量的预报

地球同步轨道区相对论电子通量的变化与该区域的磁场分量P(垂直轨道面指向北)有很好的相关性, 后者的变化相对于前者有1~2天的时间提前量, 这为相对论电子通量的预报提供了可能. 通过对二者相关性物理机制的研究, 结合GOES11 (135oW)卫星数据分析, 确定最佳时间提前量和最优相关系数, 并提出了一个定量的预报模型. 模型的输出参量为24 h之后的当地时子夜(23:31 LT---00:30 LT)、清晨(05:31 LT---06:30 LT)、正午(11:31 LT---12:30 LT)、傍晚(17:31 LT---18:30 LT) 4个特征时间段相对论电子通量1 h平均值, 预报的相对论电子通量有>0.6 MeV和>2 MeV两个谱段, 预报精度0.7左右. 这种预报模式对地球同步轨道卫星的自主安全运行具有较好的应用价值.      

基于支持向量机方法的地球同步轨道相对论电子事件预报模型研究

提出了一种基于支持向量机方法(SVM)的地球同步轨道相对论电子事件预报模型. 模型以平均影响值(MIV)作为指标, 筛选出预报输入参量. 这些参量包括, 前一日的大于2MeV电子日积分通量、太阳风速度、太阳风密度、Dst指数和前二日的AE指数. 模型包含回归和分类两个部分, 可以分别对未来一天的电子日积分通量和相对论电子事件强度的级别做出预报. 对2008年样本进行测试, 在相对论电子通量的预报中, 预报值和实测值之间的线性相关系数为0.85, 预报效率为0.71; 对相对论电子事件级别预报的准确率为82%, 可以较准确区分开事件状态与非事件状态. 结果表明, SVM预报模型对相对论电子事件有较好的预报效果.      

亚暴偶极化中近地磁尾质子的非绝热加速

亚暴偶极化过程中离子加速是亚暴粒子注入的重要产生机制. 通过试验粒子的方法模拟研究了亚暴偶极化期间磁尾等离子体片-8R_e～-5R_e处超低频电磁波对质子的加速过程. 研究表明, 质子在大尺度偶极化电磁场的作用下向内磁层注入, 与质子回旋频率相近的超低频电磁波能够引起低能质子发生非绝热加速. 质子在偶极化前后的能量变化与质子的初始能量密切相关, 初始能量远小于截止能量的质子, 末能量要比初始能量显著增加, 其值与扰动波频率相关, 且量级与偶极化造成的低能氧离子能量增加量级基本相当; 初始能量在截止能量以上的质子受超低频电磁波影响不大, 注入过程能量基本保持不变.      

空间科学学报第25卷总目次

2005年 第1期 磁层压缩ULF湍流对电子的加速.........................……,……李柳元 1996一2003年大耀斑事件引起的TEC突然增强的统计分析..........····…… ..................................................……陈斌刘立波 参量激励过程中三波祸合的一般色散关系(11)一般色散关系以及泵场闭值和增长率 曹晋滨周国成刘振兴 万卫星宁百齐丁锋(6 赵正予魏寒颖(17) 海南地区电离层闪烁监测及初步统计分析 ....……尚社平史建魁 罗熙贵P.M.Kintner甄卫民 帆帆 易易 有限振幅重力波波包在等温可压大气中的非线性传播…,二 利用谱…     

基于离子推进技术的轨道转移设计

将太阳能离子推力器应用于卫星的推进系统,完成从地球同步转移轨道(GTO)到地球同步轨道(GEO)转移任务;建立任务模型,设计基于纬度幅角的反馈控制策略,对发动机开关时间进行优化.采用图形处理器（GPU, graphic processing unit）加速的遗传算法(GA,genetic algorithm)对卫星转移轨道任务进行优化设计.仿真结果表明：通过对该闭环控制器的定常参数进行优化,可将轨道导引至目标轨道附近;采用太阳能离子推力器可减少燃料消耗.基于GPU加速的遗传算法,可缩短算法运算时间.     

GEO轨道相对论电子日积分通量预报统计建模

基于辐射带相对论电子哨声波局地加速理论,将地磁AE指数作为源电子通量和通量各向异性的指标,将地磁Dst指数作为损失机制的指标,利用滑动窗口线性滤波器方法,建立了一个地球静止轨道大于2MeV相对论电子预报模型.利用该模型开展了2000-2009年地球静止轨道相对论电子通量预报试验.研究发现,这10年总预报效率为0.818,2003年的预报效率（0.633）最低,2009年的预报效率（0.856）最高.模型预报效果与持续模型相比有很大提高,略低于利用太阳风参数作为输入的同类预报模型的预报效果.这说明即使在缺少太阳风参数的情况下,该模型利用地磁扰动参数也能取得较好的预报效果.当模型输入参数增加了太阳风速度时,即综合考虑了行星际扰动和磁层扰动对辐射带粒子加速过程的影响,模型逐年的预报效率进一步提升.其中,2005年的预报效率提升了9.5%,这10年的总预报效率增加到0.848,预报值与实测值之间的线性相关系数为0.918,均方根误差为0.422.      

Stochastic particle acceleration by the forced interaction of relativistic current sheets

We address the problem of interacting relativistic current sheets in self-consistent kinetic plasma simulations within the framework of the Particle-In-Cell model. The interaction is enforced in head-on collisions of up to 10 current sheets at relativistic bulk speeds. The simulations are motivated by the general problem of Poynting flux dissipation in ‘striped wind’ configurations presumably governing the relativistic outflows pervasive in pulsar winds and gamma-ray bursts. We identify the generation of non-thermal particles and formation of a stable power-law shape in the particle energy distributions f(γ) dγ ∝ γ^−s dγ. In 1D, a spectral index s ∼ 2 is observed and attributed to a stochastic Fermi-type acceleration mechanism. In 2D, the generic index of s ∼ 3–4 is retained as in previous simulations of individual current sheets. Whereas in 2D the high energy cut-off is constrained by the limited dissipation of magnetic energy, in 1D the process converts the bulk motion of current sheets towards directed particle momentum of an exclusive class of non-thermal particles.     

Scaling analysis and model estimation of solar corona index

A monthly average solar green coronal index time series for the period from January 1939 to December 2008 collected from NOAA (The National Oceanic and Atmospheric Administration) has been analysed in this paper in perspective of scaling analysis and modelling. Smoothed and de-noising have been done using suitable mother wavelet as a pre-requisite. The Finite Variance Scaling Method (FVSM), Higuchi method, rescaled range (R/S) and a generalized method have been applied to calculate the scaling exponents and fractal dimensions of the time series. Autocorrelation function (ACF) is used to find autoregressive (AR) process and Partial autocorrelation function (PACF) has been used to get the order of AR model. Finally a best fit model has been proposed using Yule-Walker Method with supporting results of goodness of fit and wavelet spectrum. The results reveal an anti-persistent, Short Range Dependent (SRD), self-similar property with signatures of non-causality, non-stationarity and nonlinearity in the data series. The model shows the best fit to the data under observation.     

Learning in an immersive digital theater

The Houston Museum of Natural Science, in collaboration with Rice University has an outreach program taking portable digital theaters to schools and community sites for over five years and has conducted research on student learning in this immersive environment. By using an external independent evaluator, the effectiveness of NASA-funded Education and Public Outreach (EPO) projects can be assessed. This paper documents interactive techniques and learning strategies in full-dome digital theaters. The presentation is divided into Evaluation Strategies and Results and Interactivity Strategies and Results. All learners from grades 3–12 showed statistically significant short-term increase in knowledge of basic Earth science concepts after a single 22-min show. Improvements were more significant on items that were taught using more than one modality of instruction: hearing, seeing, discussion, and immersion. Thus immersive theater can be an effective as well as engaging teaching method for Earth and Space science concepts, particularly those that are intrinsically three-dimensional and thus most effectively taught in an immersive environment. The portable system allows taking the educational experience to rural and tribal sites where the underserved students could not afford the time or expense to travel to museums.     

Development of a gas chromatography compatible Sample Processing System (SPS) for the in-situ analysis of refractory organic matter in martian soil: preliminary results

In the frame of the 2009 Mars Science Laboratory (MSL) mission a new sample preparation system (SPS) compatible with gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) has been developed for the in situ analysis of complex organic molecules in the Martian soil. The goal is to detect, if they exist, some of the key compounds that play an important role in life on Earth including carboxylic acids, amino acids and nucleobases.     

基于LuGre模型的电液加载系统摩擦补偿

为了提高电液加载系统控制精度,针对摩擦问题提出了基于LuGre摩擦模型的前馈补偿方法.建立了用于摩擦仿真分析和补偿器设计的电液加载系统数学模型;通过实验获取并分析了相关的摩擦数据;基于实验数据进行LuGre模型参数辨识,把LuGre模型和辨识结果引入电液加载系统数学模型,并进行仿真结果与实际摩擦数据的对照,证明了LuGre摩擦模型的准确性.设计前馈补偿器,进行了实验对比,实验结果表明前馈补偿器可将摩擦产生的控制误差有效地降至未补偿时的30%左右.      

CoRoT and Kepler results: Solar-like oscillators

The space-borne observatories CoRoT (Convection Rotation and planetary Transits) and Kepler have provided photometric time series data of unprecedented precision for large numbers of stars. These data have revolutionized the fields of transiting exoplanets and asteroseismology. In this review some important asteroseismic results obtained using data from the CoRoT and Kepler space missions concerning stars that show solar-like oscillations are discussed. These results comprise, among others, measurements of the location of the base of the convection zone and helium second-ionization zone in main-sequence stars, the presence (or not) of core-helium burning in red-giant stars, as well as differential rotation in these stars.     

Radioactivity of the Moon and planets

In this report the main results of the study of radioactivity of the solar sistem bodies are considered. The radioactivity of the Moon and planets was measured by means of vehicles in situ. The radioactivity of the lunar samples, brought to the Earth was studied with laboratory equipment.     

Return to Europa: Overview of the Jupiter Europa orbiter mission

Missions to explore Europa have been imagined ever since the Voyager mission first suggested that Europa was geologically very young. Subsequently, the Galileo spacecraft supplied fascinating new insights into this satellite of Jupiter. Now, an international team is proposing a return to the Jupiter system and Europa with the Europa Jupiter System Mission (EJSM). Currently, NASA and ESA are designing two orbiters that would explore the Jovian system and then each would settle into orbit around one of Jupiter’s icy satellites, Europa and Ganymede. In addition, the Japanese Aerospace eXploration Agency (JAXA) is considering a Jupiter magnetospheric orbiter and the Russian Space Agency is investigating a Europa lander.     

基于最小值原理的冗余度机器人动力学控制

为了解冗余度机器人全局法优化中数值求解的困难,本文讨论了动力学方程的建立,无约束和有约束最优控制问题之间的内在联系,重点分析了求解最优控制问题的数值方法,文中提出了双向异步积分迭代的求解正则方程组的直接迭代法,较好解决了状态方程和协态方程稳定相逆给求解两点这值问题带来的困难。     

基于GPS载波相位的微卫星姿态算法研究

GPS姿态系统是利用GPS载波相位测量来确定载体的航向和姿态角。本文对微卫星的GPS姿态系统进行了研究。重点解决短基线的GPS状态算法，讨论了姿态价格函数的了小化方法。测试结果表明，所提的算法对小于1m的基线是有效的。