时变体数据传输函数设计及其在行星际数值模拟结果可视化中的应用

为便于太阳风暴行星际传播数值模型结果可视化分析，提出一种针对时变模拟数据体绘制的传输函数设计算法（Transfer Function for Time-varying Volume data,TFTV）。该算法首先基于KNN(K-Nearest Neighbors,KNN)背景差分法提取运动区域；然后，利用频率调谐（Frequency Tuned,FT）显著性算法检测日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection,CME），并设计颜色反映射算法查找CME与背景的分界阈值；最后，基于阈值自适应调整传输函数实现各时间步上运动区域中CME的快速三维可视化。实验结果表明，该算法能够适应静态及动态背景下CME的数值模型结果，相对于线性传输函数有效避免了视线方向的遮挡，直观自动地展示了相对动量的变化，示踪行星际空间中CME的演化过程，局部区域的提取降低了数据冗余，借助算法自动分析数据自适应调整传输函数避免了人工调整的低效性。     

美国航空航天局无人太空任务架构框架基本原理

<正>2021年3月,美国航空航天局(NASA)发布了NHB 1005《无人太空任务架构框架手册》。该手册提供了背景信息、程序和实例,以及将太空任务架构框架(SMAF)应用于无人太空任务的技术和方案指南。SMAF确定了利益相关方和参与者的关注点,将它们与跨学科的角度(视角)联系起来。SMAF的结构符合NASA的运行模式,确定并满足任务利益相关方的期望和关注。视角代表了参与项目的各个组织和利益相关方的主要关注点和利益,规定了包含产品的视图,这些产品捕获了定义任务架构和满足利益相关方需求所需的详细信息。     

自主火星离子与中性粒子分析仪数据压缩算法设计

火星离子与中性粒子分析仪共设计10种在轨探测模式，不同探测模式下数据率不同，多种探测模式下数据量远超出最大下行数据率的限制。为降低数据率，利用仪器内部FPGA有限的资源对压缩处理方法进行了详细设计。通过分析仪器数据特点，火星离子与中性粒子分析仪压缩算法采用合并处理、对数压缩和无损压缩三种压缩算法组合。对于每种探测模式，FPGA程序可根据压缩标志选择相应压缩算法，实现三种压缩算法串行使用，或选择其中一种或两种算法。并且压缩标志可通过注入指令改写，实现在轨时根据需求灵活配置。合并处理压缩比为2或4，对数压缩的压缩比为2，无损压缩效率与样本数据间的相关性有关。在此基础上，利用等离子体定标测试系统完成了地面测试。测试结果表明，各探测模式下科学数据经过压缩后数据率满足任务指标要求。     

轻量化大面积嵌套聚焦型X射线望远镜

嵌套聚焦型X射线望远镜在脉冲星自主导航、X射线天文学等领域有广泛的应用需求。论文开展了紧凑型、大面积、嵌套聚焦型X射线望远镜的光学优化设计，成功探索出基于轻质平面玻璃的X射线掠入射反射镜热成型、镜面精密切割、嵌套同轴共焦装配等工艺流程，研制了一款轻量化、大面积、嵌套聚焦型X射线望远镜(NFXT)。NFXT镜面轴向长度300 mm，厚度0.3 mm，镜面溅射Ir金属膜，膜层厚度300 nm，镜面粗糙度优于0.3 nm(rms)。NFXT共计11层嵌套，每层圆周向等分3个扇区，内8层镜面为近似抛物面的锥形镜，外3层为抛物面镜，11层镜面同轴共焦装配。NFXT净几何面积175 cm²，有效探测面积130 cm²@1.5 keV，轴上视场聚焦光斑半径0.85 mm(EoE=50%)，包络尺寸(直径×高度)为200 mm×326 mm，能谱响应范围0.2～12 keV，后工作距1300 mm，重量4.25 kg。NFXT技术突破，为国内开展脉冲星导航试验验证，以及研制先进的X射线天文卫星提供关键技术支撑。     

太阳与内日球立体探测卫星计划科学目标建议

面向认知太阳风暴和保障航天安全的国家战略需求，中国近年来提出太阳与内日球立体探测卫星计划，拟适时部署环黄道面的拉格朗日点L3-L4-L5定点卫星星座和脱离黄道面的太阳极轨对偶卫星。通过该卫星计划的初步科学论证分析，建议将其科学目标凝练为太阳磁场、太阳风暴、太阳风，将其应用目标定位于日地空间天气预报，建议配置成像类、粒子类、波场类的综合科学载荷。此外，利用日地空间的三维磁流体数值模拟和计算机图形学的艺术可视化，形象地表达环黄道面卫星“对日凝视”和太阳极轨卫星“鸟瞰全景”的探测概念。中国太阳与内日球立体探测卫星计划将揭示太阳磁场的起源规律及其爆发机理、日地耦合系统的空间天气变化机理，并能够为日地空间天气三维数值建模提供观测数据驱动的初边值条件，必将极大推动空间天气的立体监测、前沿研究、精准预报的一体化进程。     

《空间数据与信息传输系统 参考体系架构》标准解析

<正>空间数据与信息传输系统(简称空间数据系统)因需求而生,随着空间活动范围不断扩大,全球逐步开展了一系列航天探索活动,任务飞行要求更加复杂。从对地观测卫星到数据中继卫星,从无人航天器到载人飞船和载人空间站,以及无人或载人火星探测器等深空飞行器,航天任务的物理环境更复杂,功能要求更高,信息获取的能力更强,信息传输和交换的需求日益迫切,这些都对航天任务的数据获取、处理、传输、交换、存储和安全等提出了更高的要求。     

CPU-GPU协同高性能卫星数传预处理方法

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)协议的分层特征对数传预处理的完全并行提出挑战，虚拟信道、应用过程的多路复用为并行处理提供契机。本文面向高性能数传预处理需求，在分析处理性能瓶颈的基础上，提出一种层间流程中央处理器(CPU)控制、层内瓶颈步骤GPU加速的协同处理新方法。以高级在轨系统(AOS)帧循环冗余校验(CRC)、工程参数提取与物理量转换算法为研究对象，对图形处理器(GPU)线程分配、CPU-GPU协同任务划分进行设计。实验结果表明:方法可实现CRC校验11.449 6 GB.s^-1、工程参数提取与物理量转换0.902 4 GB.s^-1的处理速率，性能较传统CPU架构提升显著。     

基于改进组合机器学习的卫星遥测参数预测

对在轨卫星的运行状态进行监测、分析以及异常检测是卫星在轨运行管理的重要内容。预测卫星遥测参数序列的变化趋势，对卫星异常检测与处置、保障安全运行非常必要。针对目前对于周期性不明显且具有多种变化特征的遥测参数预测精确度不够的问题，本文引入对遥测参数的预测有辅助作用的因素作为协变量，提出了基于改进组合机器学习的预测模型。该模型使用全局模型和局部模型分别获取遥测参数序列的趋势特征和局部不规则波动特征，并采用改进的注意力机制捕获多维参数之间的关联关系，提高了预测精度。此模型可以提供点预测和区间预测的结果，为在轨卫星处置决策提供了更多输入。在科学卫星真实遥测数据集和时间序列公开数据集上验证了本文方法的有效性。     

空间物理学科发展战略研究

空间物理学是人类进入空间时代后迅速发展起来的一门新兴的多学科交叉的前沿基础学科。其将太阳和太阳风控制的日球层空间作为一个系统，研究太阳/太阳风与行星/彗星的上层大气、电离层、磁层乃至星际介质之间的相互作用。空间物理学从本质上讲是一门实验科学，空间物理探测是空间物理学发展的基础。进入新世纪，随着空间基础设施和人类高技术活动的日益频繁，空间物理学进入新的发展阶段，强调科学与应用的密切结合。近年来，空间物理学取得了一系列重要进展。本文对接国家自然科学基金委地球科学部“宜居地球-地球系统科学”的顶层战略设计，梳理总结近年来空间物理各学科发展动态和趋势，凝练中国空间物理学未来发展的重点领域，优化学科布局，推进空间物理各学科的高质量发展。     

基于X射线掩星探测反演行星大气密度

X射线掩星是一种常见的天文现象，基于X射线掩星探测的大气密度反演是一种涉及学科交叉的新方法，其通过处理高能X射线天体辐射源的掩星观测数据实现大气密度的反演，基本原理为X射线在大气中传播时，X射线光子被大气中的原子（包括分子中的原子）吸收和散射，从而导致X射线强度发生衰减，根据衰减后X射线信号的强度反演对应的密度廓线。本文根据X射线掩星探测的应用需求，论证了基于X射线掩星实现大气密度反演的新方法，重点介绍了光变曲线拟合和能谱拟合两种地球中高层大气密度反演算法，分析了X射线掩星探测反演大气密度的研究进展和研究方法，对基于X射线掩星反演大气密度的优点进行分析和讨论，进而对X射线掩星探测的应用场景进行展望。结果表明，作为一种新型中高层大气密度测量手段，X射线掩星探测可对中高层大气密度实现有效探测，弥补了目前中高层大气密度实测数据的不足。