MESSENGER: Exploring Mercury’s Magnetosphere

The MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER) mission to Mercury offers our first opportunity to explore this planet’s miniature magnetosphere since the brief flybys of Mariner 10. Mercury’s magnetosphere is unique in many respects. The magnetosphere of Mercury is among the smallest in the solar system; its magnetic field typically stands off the solar wind only ∼1000 to 2000 km above the surface. For this reason there are no closed drift paths for energetic particles and, hence, no radiation belts. Magnetic reconnection at the dayside magnetopause may erode the subsolar magnetosphere, allowing solar wind ions to impact directly the regolith. Inductive currents in Mercury’s interior may act to modify the solar wind interaction by resisting changes due to solar wind pressure variations. Indeed, observations of these induction effects may be an important source of information on the state of Mercury’s interior. In addition, Mercury’s magnetosphere is the only one with its defining magnetic flux tubes rooted beneath the solid surface as opposed to an atmosphere with a conductive ionospheric layer. This lack of an ionosphere is probably the underlying reason for the brevity of the very intense, but short-lived, ∼1–2 min, substorm-like energetic particle events observed by Mariner 10 during its first traversal of Mercury’s magnetic tail. Because of Mercury’s proximity to the sun, 0.3–0.5 AU, this magnetosphere experiences the most extreme driving forces in the solar system. All of these factors are expected to produce complicated interactions involving the exchange and recycling of neutrals and ions among the solar wind, magnetosphere, and regolith. The electrodynamics of Mercury’s magnetosphere are expected to be equally complex, with strong forcing by the solar wind, magnetic reconnection, and pick-up of planetary ions all playing roles in the generation of field-aligned electric currents. However, these field-aligned currents do not close in an ionosphere, but in some other manner. In addition to the insights into magnetospheric physics offered by study of the solar wind–Mercury system, quantitative specification of the “external” magnetic field generated by magnetospheric currents is necessary for accurate determination of the strength and multi-polar decomposition of Mercury’s intrinsic magnetic field. MESSENGER’s highly capable instrumentation and broad orbital coverage will greatly advance our understanding of both the origin of Mercury’s magnetic field and the acceleration of charged particles in small magnetospheres. In this article, we review what is known about Mercury’s magnetosphere and describe the MESSENGER science team’s strategy for obtaining answers to the outstanding science questions surrounding the interaction of the solar wind with Mercury and its small, but dynamic, magnetosphere.     

基于模型的系统工程在作动器领域的应用研究

以飞机作动器产品为研究对象,通过条目化需求分析,将产品设计过程进行逐级分解。利用AMESim、AN-SYS系列软件等仿真工具,建立从部件到产品的各级仿真模型,并开展仿真分析工作,通过对仿真分析过程和结果的分析,探索了基于模型的系统工程方法的工作流程,总结了飞机液压作动器基于模型的系统工程方法的应用基础。     

多尾鳍仿生航行器推进性能的三维数值研究

采用格子波尔兹曼方法及浸没边界法,发展了一套适用于自由游动的三维数值研究程序。进而以多尾鳍推进仿生航行器为原型,讨论了尾鳍数目、形状、材料刚度等构型参数及振幅、频率等尾鳍摆动参数对推进性能的影响。结果表明对称布置、反对称摆动的双尾鳍能够明显消除侧向力而避免航行器主体的横向晃动,且推力大于两个单独尾鳍的简单加和;在中等Reynolds数下,具有波动性质的柔性尾鳍不论是推进速度还是推进效率均优于刚性尾鳍;当尾鳍单纯摆动推进时,具有完整鳍面的半椭圆形尾鳍的推进性能优于后部有缺口的深叉形尾鳍。     

基于FPGA的DDR2缓存控制器在 无线链路图像跟踪系统中的应用

图像跟踪系统是机载光电吊舱的重要组成部分,其对目标捕捉的成功率直接决定了机载光电吊舱的性能.而作用于机载光电吊舱与地面站之间的无线链路系统,有着不可消除的的延时特性,这极大地降低了目标捕捉成功率.本文设计了一种基于FPGA的DDR2缓存控制器,通过缓存控制器可以轻松实现高清视频图像的快速存储和调用,从而实现图像跟踪算法对无线链路延时的补偿.该缓存控制器成功应用于某型机载光电吊舱图像跟踪系统,有效消除了无线链路延时的影响,提高了图像跟踪系统对目标捕捉的成功率.     

某航空电子系统电源滤波电路性能仿真分析与测试

飞机航空电子系统设备级滤波电路对系统的正常工作有重要作用,从中选取28V直流电源滤波电路作为典型电路,结合印制线路板（PCB：Printed circuit boards）图,基于计算机仿真技术（CST）对其进行场路协同仿真;最后通过矢量网络分析仪对实际滤波电路进行了共模和差模插入损耗测试,验证了场路协同仿真的正确性,并通过实验和仿真得出每种类型的电气元器件对共模和差模插入损耗的贡献。     

开关磁阻电机及控制系统仿真与建模

开关磁阻电机(SRM)应用广泛,但由于电机内部磁场的非线性和相电流难以解析等问题,因此高精确度的建模和仿真较为困难。电机及驱动系统建模的研究直接影响到电机的优化设计、动静态性能分析、控制策略的评估等。为此,介绍了一种SRM及控制系统的建模方法,利用Flux有限元软件搭建的电机本体模型与MATLAB搭建的控制系统进行联合仿真。通过试验,测得电机在不同运行状态下的电流波形,并与仿真结果比较。结果表明:不同控制方式下的电流波形与仿真结果一致,是一种行之有效的建模手段。     

内压缩段构型对高超声速进气道自起动性能的影响

为了探寻内压缩段构型对高超声速进气道自起动性能的影响,对二元高超声速进气道折角型和曲线型两种内压缩段的自起动过程进行准定常数值仿真研究.对比了这两种构型进气道在不同唇罩起始压缩角下的自起动性能和自起动过程中分离区的变化规律,并分析了内通道压缩强度沿程分布对进气道自起动性能的影响.研究表明:①即使进气道内收缩段的内收缩比相同,不同的内压缩段构型和唇罩起始压缩角对高超声速进气道的自起动性能影响显著,曲线型内压缩段构型的自起动性能明显优于折角型;②内压缩段的总压缩强度及其沿流向分布都是影响高超声速进气道自起动性能的关键因素,并且压缩强度沿流向分布决定着进气道在自起动过程中处于临界状态下主分离包所停留的位置.      

基于模糊PID算法的六自由度并联机构控制研究

针对六自由度并联机构难以实现高精度及快速响应的问题,分析六自由度并联机构模型,提出基于模糊PID的六自由度并联机构的控制算法.介绍了六自由度并联机构的运动学反解模型及机械系统模型;在此基础上确定模糊算法的模糊语言变量、隶属函数和模糊规则,完成了六自由度并联机构模糊PID控制器的设计.针对一组PID控制参数进行了仿真和实验,结果表明,加入模糊算法的PID控制提高了系统的动态响应特性及运动精度.     

星载硬质吸波材料真空功率耐受性能验证

星载吸波材料是复杂空间环境条件下天线、微波部组件大功率使用中满足隔离度要求的核心部件。本文研究了星载吸波材料真空功率耐受性能和吸波材料原材料制备工艺关键要素之间的关系,文中首先介绍了星载吸波材料电磁波吸收机理,其电磁参数直接关系到电磁波吸收性能优异与否;接着给出了影响电磁参数稳定性的原材料制备关键要素,以及成型材料的机加工艺特点;随后构建了一套星载吸波材料功率耐受性能的验证平台,开展功率试验;对两种工艺固化方法制备的原材料,分别制作了波导型吸收负载试验件进行试验验证。结果表明：（1）未进行高温预处理的吸波材料,残存未固化的小分子,会导致在高温真空工况下可凝挥发物析出增多,与外导体镀银层发生氧化反应,进而使负载组件的驻波变化率较大;（2）经过高温预处理后的吸波材料,在高温下的真空质损和可凝挥发物均得到了有效控制,其电磁参数也趋于稳定,负载组件的驻波变化率试验前后差异不大。因此,吸波材料原材料工艺制备过程中高温预处理属于关键要素;该工艺固化方法的有效实施将有助于星载吸波材料的应用,提高航天器在轨服役可靠性和安全性。     

空间碎片碰撞预警研究

介绍了空间碎片的分布和危害，阐明了航天器进行碎片预警规避的必要性，讨论了碎片碰撞预警技术中的关键问题，用已有的碰撞和规避实例对自行研制的软件进行了计算检验，结果证明了软件的正确性，也说明了国内进行碎片预警工作的可行性．