Combining MHD and kinetic modelling of solar flares

Solar flares are explosive events in the solar corona, representing fast conversion of magnetic energy into thermal and kinetic energy, and hence radiation, due to magnetic reconnection. Modelling is essential for understanding and predicting these events. However, self-consistent modelling is extremely difficult due to the vast spatial and temporal scale separation between processes involving thermal plasma (normally considered using magnetohydrodynamic (MHD) approach) and non-thermal plasma (requiring a kinetic approach). In this mini-review we consider different approaches aimed at bridging the gap between fluid and kinetic modelling of solar flares. Two types of approaches are discussed: combined MHD/test-particle (MHDTP) models, which can be used for modelling the flaring corona with relatively small numbers of energetic particles, and hybrid fluid-kinetic methods, which can be used for modelling stronger events with higher numbers of energetic particles. Two specific examples are discussed in more detail: MHDTP models of magnetic reconnection and particle acceleration in kink-unstable twisted coronal loops, and a novel reduced-kinetic model of particle transport in converging magnetic fields.     

火箭上升段滚动时域制导控制一体化设计

针对传统火箭上升段制导与姿态控制系统分离设计无法最大程度优化控制精度、控制量需求等系统整体控制性能的问题，提出一种基于凸优化的滚动时域制导控制一体化(IGC)设计方法。首先建立反映质心运动和绕质心运动耦合关系的IGC模型并对其进行反馈线性化获得面向控制的线性模型。然后考虑控制约束，将上升段IGC问题建模为最优控制问题，基于凸优化理论设计滚动时域控制器。该方法基于滚动时域控制(RHC)策略中反馈校正和滚动优化的思想，可以及时弥补模型误差和外部干扰等造成的不确定性；同时利用凸优化算法计算复杂度低、求解简单的优势，有效解决了含控制约束的复杂优化问题的求解。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。数值仿真校验了该滚动时域控制方法的有效性和鲁棒性；并且仿真结果表明，火箭上升段IGC设计比传统分离设计制导精度更高、控制量需求更小且姿态变化更加平缓。     

一种面向在轨服务的空间遥操作人机交互方法

为了解决人在遥操作回路中,人与操作目标时空隔离、缺乏环境信息和天地回路大时延等实际问题,以及减少空间机器人缺乏自主智能性和操作者手抖颤等不利因素,针对空间在轨服务操作交互问题,提出一种基于增强虚拟安全通道(AVSC)的分层辅助遥操作(LAT)方法。首先,设计组合体增强虚拟安全通道,通过给主端操作者施加虚拟引导力辅助完成操作任务,与徒手操作相比,操作时间短、操作平稳;其次,设计分层辅助遥操作系统,通过获取空间机器人末端与期望轨迹上最近点之间的距离,在安全通道内划分不同的虚拟力场,辅助操作者更加灵活地操作。演示实验表明,该方法利用力触觉和视觉信息,引导操作者控制空间机器人末端运动至期望位置,可以有效地提高操作精度、减轻操作者心理压力和减少操作时间。     

Can an impulsive variation of the solar wind plasma pressure trigger a plasma bubble? A case study based on CSES,Swarm and THEMIS data

During the August 25, 2018 geomagnetic storm, the new borne CSES-01 satellite and the Swarm A satellite detected a really large equatorial plasma bubble (EPB) in the post-midnight sector over western Africa. We investigated the features of this deep ionospheric plasma depletion using data from the Langmuir probes on-board CSES-01 and Swarm A satellites, and data from the high-precision magnetometer and the electric field detector instruments on-board CSES-01. Using also plasma and magnetic field data from THEMIS-E satellite we found that, during the passage of the magnetic cloud that drove the geomagnetic storm, an impulsive variation lasting about ten minutes characterized the solar wind (SW) pressure. The analysis of the delay time, between the occurrence of such impulsive variation and the detection of the plasma bubble, suggests a possible link between the SW pressure impulsive variation as identified by THEMIS-E and the generation of the EPB as detected by CSES-01 and Swarm A. We put forward the hypothesis that the SW pressure impulsive variation might have triggered an eastward prompt penetrating electric field that propagated from high to equatorial latitudes, overlapping in the nightside region to the zonal westward electric field, causing either a reduction or an inversion, at the base of the EPB triggering.     

WAAS卫星播发电文一致性分析

星基增强系统(SBAS)是在传统GNSS的基础上为了进一步满足民航用户对卫星导航系统越来越高的精度、完好性、连续性和可用性需求而应运而生.目前全球已建立起了多个SBAS系统,其中提供服务时间最长的是美国的WAAS系统.WAAS系统包括38个参考站、3个主控站、6个上注站和3颗GEO卫星,每个参考站配备3套独立的监测接收...     

基于共轭齿面修正的航空弧齿锥齿轮高阶传动误差齿面拓扑结构设计

根据高阶传动误差和齿面印痕的设计需求,提出基于共轭齿面修正的齿面设计方法.采用与大轮齿面完全共轭的小轮齿面为基准面,根据预设的高阶传动误差对齿面进行一次修正;在此基础上根据接触印痕的需求对齿面进行两次修正,通过对全齿面几何形状的精确控制实现高阶传动误差和齿面印痕的精确控制.算例结果表明,传动误差为6阶曲线,幅值为3.1″,接触迹线与根锥的夹角接近25°.通过数字化滚检方法分析,结果显示:传动误差的形状、幅值、接触迹线与接触椭圆可以得到精确控制.这种基于共轭齿面修正的齿面设计方法可推广应用于其他齿轮副的设计.     

ARINC659总线在飞控余度管理技术中的应用

由于ARINC659总线在通信传输中有着较高的可靠性,采用余度管理设计,在介绍ARINC659间通信原理的基础上,利用ARINC659作为余度管理软件中数据交叉传输的总线,以提高飞行控制计算机系统中的可靠性。在以实时嵌入式操作系统VxWorks为仿真平台的目标机上进行数据交叉增强传输并运行出仿真结果表明:关于交叉传输这一模块的设计是合理可行的,可有效地保证系统的可靠性与容错性能,缩短了软件研发周期。     

一种冷热交变环境下太阳帆应力保持方法

针对冷热交变环境导致太阳帆内部应力剧烈变化的问题,基于形状记忆合金(SMA)弹簧提出了太阳帆的张拉方案和薄膜应力保持恒定的方法,该方法利用形状记忆合金在高低温下的刚度非线性特性,有效补偿薄膜和支撑杆之间的间隙变化,以使薄膜内部应力基本保持恒定。针对六边形构型太阳帆开展了数值仿真,首先建立了太阳帆的热分析模型和力学分析模型,获取了高低温工况下的温度场。然后通过热致变形分析得到薄膜与支撑杆在高低温工况下的间隙变化,据此确定形状记忆合金弹簧的参数。最后对太阳帆在高低温工况下的薄膜内部应力进行了验证。     

含模型不确定性和状态约束的航天器姿态鲁棒控制

针对严格反馈三轴稳定航天器姿态控制问题,在考虑航天器系统存在模型不确定性、未知外部扰动、系统存在时延情况下,提出了一种鲁棒控制方法。首先建立航天器误差运动学和动力学模型,使用神经网络对系统不确定性和未知扰动进行逼近、引入障碍李雅普诺夫函数对系统状态约束进行处理;然后利用反步法构造一种鲁棒自适应姿态控制器,通过李雅普诺夫方法证明闭环系统是最终一致有界的;最后,结合工程实际经验对系统已知时延进行前馈补偿。半物理仿真结果表明了所设计控制器的有效性和鲁棒性。     

海空重力仪的技术现状及新应用

海洋/航空重力测量是基于移动平台的动态相对重力测量,是指用有人测量船或飞机搭载重力仪或加速度计,来测定海面或近地空中重力加速度的重力测量方法。介绍了重力仪的应用领域,针对移动海洋/航空重力仪、海空重力仪车载试验,综合阐述了其国外、国内发展现状,指出了无人重力测量技术和深远海动态重力测量技术亟待解决的问题,分析了我国在海空重力测量领域中的发展方向。