The MESSENGER Gamma-Ray and Neutron Spectrometer

A Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS) instrument has been developed as part of the science payload for NASA’s Discovery Program mission to the planet Mercury. Mercury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER) launched successfully in 2004 and will journey more than six years before entering Mercury orbit to begin a one-year investigation. The GRNS instrument forms part of the geochemistry investigation and will yield maps of the elemental composition of the planet surface. Major elements include H, O, Na, Mg, Si, Ca, Ti, Fe, K, and Th. The Gamma-Ray Spectrometer (GRS) portion detects gamma-ray emissions in the 0.1- to 10-MeV energy range and achieves an energy resolution of 3.5 keV full-width at half-maximum for ⁶⁰Co (1332 keV). It is the first interplanetary use of a mechanically cooled Ge detector. Special construction techniques provide the necessary thermal isolation to maintain the sensor’s encapsulated detector at cryogenic temperatures (90 K) despite the intense thermal environment. Given the mission constraints, the GRS sensor is necessarily body-mounted to the spacecraft, but the outer housing is equipped with an anticoincidence shield to reduce the background from charged particles. The Neutron Spectrometer (NS) sensor consists of a sandwich of three scintillation detectors working in concert to measure the flux of ejected neutrons in three energy ranges from thermal to ∼7 MeV. The NS is particularly sensitive to H content and will help resolve the composition of Mercury’s polar deposits. This paper provides an overview of the Gamma-Ray and Neutron Spectrometer and describes its science and measurement objectives, the design and operation of the instrument, the ground calibration effort, and a look at some early in-flight data.     

星载可展开天线研究

海洋二号卫星微波校正辐射计天线(HY-2 CRA)是高增益、低副瓣、高波束效率、低损耗的天线子系统. 其高主波束效率、低损耗等要求对天线展开精度、形面精度、测试等提出了极大挑战. 由于卫星发射整流罩结构限制, 天线采用可展开机构形式, 并用正交模耦合器实现频率复用. 天线频率分别达到18.7 GHz, 23.8 GHz 和37 GHz.为了减小天线形面变形, 保证天线波束指向, 天线反射面(包括反射面支架、馈源支架)采用碳纤维复合材料, 确保天线在宇宙空间变形尽可能小. 本文就HY-2 CRA的设计、加工、测试等进行了论述.      

非金属管状材料表面电阻率测试研究

由于非金属管具有质量小,造价低等优点,所以很多金属管已被非金属管所代替。但是,非金属的使用,在某些危险场所或防静电场所可能会带来静电安全隐患。为了评价非金属管的防静电性能,制作了一套管状专用电极,用于管状试样的表面电阻测试,并研究了对测量结果有影响的因素。     

提高低导热材料表面温度均匀性方法的研究

比较了不同低导热材料的高温热导率测试装置特点,确定了在整体加热方式下试样表面温度均匀性差是限制测试准确度提高的一个原因,提出采用分区加热的方法改善试样表面温度均匀性。选取三种不同热导率范围的材料作为被测试样,分别做了试样整体加热和分区加热的模拟计算。结果表明,整体加热方式只能在试样表面中心有限区域形成均温区,而分区加热方式能显著改善试样表面温度均匀性。     

表面处理对三维浅交弯联机织复合材料界面及弯曲性能的影响

以2400 tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,使用硅烷偶联剂KH-570作为表面活性剂,采用涂抹、浸泡的方法对预制体进行表面处理以改善复合材料的界面性能。以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将经过表面处理的预制体与树脂基体以质量比1∶1的比例通过手糊的方式复合成型,制得三维浅交弯联机织复合材料。分别借助傅里叶红外光谱仪、原子力显微镜、万能材料试验机、扫描电镜等仪器来测试与验证KH-570对预制体及复合材料的处理效果。结果表明,经过KH-570处理后,预制体表面粗糙度增大、比表面积增加,从而使得纤维与树脂界面结合更加紧密;复合材料的弯曲性能随着KH-570的增加而增强;复合材料主要破坏形式为纤维断裂,纤维在树脂中抽拔现象较少。     

7075铝合金二维超声挤压加工的灰色关联分析

采用正交试验法对7075-T651铝合金进行二维超声挤压加工试验,运用灰色关联分析法研究工艺参数对表面粗糙度和显微硬度的综合影响,采用多元线性回归方法构建灰色关联度预测模型,并基于预测模型通过规划求解确定最优工艺参数。结果表明:各工艺参数对表面粗糙度、显微硬度和灰色关联度的影响规律不同,基于灰色关联度排序获得的工艺参数值也并非最优值;建立的灰色关联度模型可对试验进行准确预测,基于该模型进行非线性规划求解获得的最优工艺参数为静压力220 N,挤压速度30 m/min,进给量0.14 mm/r,此时表面粗糙度Ra值约为0.44μm,显微硬度约为637 HL。     

树形键合剂包覆RDX及其相互作用研究

采用扫描电镜(SEM)，X射线光电子能谱(XPS)和显微红外光谱(MIR)技术，实验研究了树形键合剂(DBA)对RDX晶体的包覆性能及其界面相互作用机理。结果表明，树形键合剂可以在RDX表面形成一层粘流状的吸附层，具有良好的包覆性能，显微红外光谱的数据也表明了键合剂与RDX的NO2基团形成氢键，从而证实了DBA作为RDX键合剂的有效性。     

铝粒表面微凸起对凝聚产生的影响

为进一步研究非球形铝粒表面微凸起对含铝推进剂凝聚燃烧的影响，用Young-Laplace公式和化学势的微分式，推出非球形铝粉凝聚起始温度下降公式。发现铝粒表面微小凸起的平均半径越小，则铝粉凝聚起始温度就越低，其影响不容忽视。用电化学微电池理论，阐明了铝粉与NaOH溶液的反应机理。铝粒与NaOH溶液构成局部腐蚀电池，金属铝在阳极上失去三个电子，发生氧化反应。由于非球形铝粒组织和物理状态的均匀性比球形铝粒的差，表面的微电池数目比球形铝粒的多，因此有较大的反应速率。     

浅析影响高模量碳纤维/ 树脂基复合材料力学性能的因素

为提高高模量碳纤维复合材料的力学性能,研究改性氰酸酯、5228、4211与碳纤维结合面结合性能.用SEM、AFM、微脱粘仪、万能力学试验机等仪器设备,观察了碳纤维表面微观形貌、树脂基体与碳纤维结合面微观粘接情况,并对复合材料的宏观力学性能进行分析研究.结果表明,高模量碳纤维随着模量的提高,袁层的缺陷与沟槽减少、表面活性降低,与树脂的结合面粘接强度减弱;改性氰酸酯与纤维的结合面粘接性能较好、5228次之、4211较差;树脂与纤维结合面粘接强度大的,其复合材料的力学性能好.     

基于响应面方法的风力机叶片多目标优化设计研究

运用基于响应面方法的优化设计技术,于径向使用NPU-WA-风力机专用翼型族的某1.5MW水平轴风力机叶片的多目标、多约束优化设计研究中。风力机气动性能使用基于叶素-动量理论的风力机性能分析和设计软件PROPID51。设计变量为叶片径向外形参数,包括弦长和扭转角分布,但是相对厚度保持不变;设计目标为年发电量和功率系数的最大化;在多目标优化中,使用"统一目标函数"法将多个设计目标函数通过加权求和统一到一个目标函数中。为减小计算量,响应面模型使用不含二阶交叉项的二阶多项式模型;构建模型中试验点的选择满足D-优化准则。以某1.5MW变速变矩型风力机叶片为例,进行了优化设计研究。叶片径向使用西北工业大学翼型研究中心设计的NPU-WA-风力机专用翼型族,使用CFD计算的气动性能数据作为输入进行了设计,分析了目标函数的权值分配对设计结果的影响;使用风洞测量自由转捩的气动性能数据进行了设计并分析了表面光滑条件对气动性能的影响。