奇异谱分析在太阳10.7cm射电流量中期预测中的应用

首次尝试利用信号处理技术奇异谱分析方法预测太阳活动低年未来27天太阳10．7cm射电流量．选取的预报试验时间段是2004年4月30日至5月30日,此试验期内太阳活动水平相对较低．在样本时间序列的构建上,吸取了相似周数据分析思路,采取的是23周实时观测数据与其相似周第20周下降年部分数据相结合的方式,既增加了样本长度又避开了太阳活动的活跃期．这31天的预报试验结果表明,大部分情况下,预报值基本上体现出F10．7的变化趋势,平均相对误差为10．5％;比同时期美国空军预测值的平均相对误差小,前者为11．3％,后者为14．6％;除两天外,SSA每一次27天的预报结果的平均相对误差比美国空军(AAF)的要小;对不同的时间提前量而言,AAF提前1天到提前12天的预报准确性较奇异谱分析方法要高,即AAF较短期的预报效果更好．     

嵌套闭磁场结构内CME产生和传播的数值模拟

给出了特殊类型的日冕物质抛射(CME)数值模拟定性结果,这种CME核心闭磁场结构前半部分磁力线的方向与太阳整体偶极场磁力线的方向相反．计算结果表明,这种CME核心闭磁场结构磁力线与太阳整体偶极场反向磁力线之间存在过渡磁场结构,在向外传播时过渡磁场结构所占的面积逐渐增大．这一结果可以用来解释飞船为什么能够观测到一类双极磁云,这类磁云前半部分磁场方向与太阳整体偶极场方向相反．为了模拟这一数值结果,强调需要采用包含嵌套闭磁场的冕流背景结构,并在合适的位置触发CME．     

采用简单太阳翼指向控制的IGSO星座设计

在对以地球静止轨道（GEO）卫星为基础的全球覆盖通信星座的设计中,提出一种特殊的倾斜地球同步轨道（IGSO）星座,该星座中的卫星可采用与GEO卫星相同的太阳翼对日指向策略,避免了IGSO卫星为实现太阳翼对日指向采用偏航控制而引起的卫星设计复杂性和研制成本的增加。采用网格法对该星座的覆盖特性进行分析计算,结果表明这种IGSO星座可应用于单重覆盖或极区覆盖的任务,而3颗IGSO与3颗GEO卫星共同使用时可实现95%以上的全球通信覆盖率。     

LED光谱对模拟空间培养箱中植物生长发育的影响

通过研究在空间植物培养箱中利用LED作为光源对植物生长发育的作用, 并以荧光灯作为对照, 评估LED光源在空间植物培养中的优缺点, 可为中国即将在空间实验室天宫二 号和空间站中开展的高等植物生长实验提供参考. 利用不同比例的红光与白光LED组合光源, 研究光谱组成(红蓝光比例)、光照强度、光周期和气体流通等条件对于模拟空间 植物培养箱中拟南芥和水稻生长发育的影响. 结果表明, 与荧光灯相比, 红蓝光比例高的LED会导致拟南芥提早开花和水稻叶片的早衰. 红蓝光峰值比在3.9左右时, 拟南芥 和水稻生长最为有利; 红蓝光峰值比超过16则明显抑制拟南芥和水稻的生长, 导致叶片早衰. 另外, 在密闭培养箱中, 光强小于150μmol·m-2·s-1时, 增加光照强度可以部分抵消气体流通不足导致拟南芥植物生长的抑制, 而光照强度大 于150μmol·m-2·s-1时, 光强越大拟南芥的生长发育受到抑制越严重. 水稻对密闭培养环境中高光强的耐受性明显好于拟南芥. 因此, 在设计空间植物培养箱的LED光照系统时, 红蓝光的比例选择是关键, 此外还需综合考虑空间微重力条件下气体对流变化影响植物对光的反应.      

新一代星敏感器遮光罩—— 碳纳米管遮光罩技术研究

针对目前星敏感器遮光罩普遍存在的尺寸和质量较大、杂光消除能力受限等问题,从提高吸光涂层吸光率入手,提出碳纳米管遮光罩新概念,研制一套钛合金基底生长碳纳米管涂层的新技术,使得涂层吸光率达到99%以上,并成功制作出可等效替代现有飞行产品遮光罩的碳纳米管遮光罩.通过真空原子氧、紫外辐照、高能粒子辐照、热真空、力学环境等各项空间环境实验,证明其空间环境适用性.与现有星敏感器遮光罩产品的杂光比对试验结果表明,使用碳纳米管遮光罩的星敏感器杂光灰度降低了56%,显示出杂光消除性能的优势.本文创新成果突破了碳纳米管技术在杂光消除领域实际应用的瓶颈技术,对促进星敏感器技术的提高具有重要的工程价值.     

第23周不同角宽CME的分布及与太阳黑子数位相的比较

统计分析了1996-2008年期间CME数量随角宽的分布, 将几个典型角宽的CME数量随时间变化的特征与太阳黑子数随时间变化特征进行比较. 分析结果表明, 角宽为0°～ 180°的CME占CME总数的95%以上, 全晕CME占2.83%, 角宽301°～ 359°的CME数量非常少. 角宽0° ～ 60°的CME有三个峰值, 与太阳黑子数随时间变化的特征不吻合. 角宽为121°～ 180°CME的数量无双峰分布. 全晕CME的分布具有明显的双峰结构, 第一个峰值出现在2001年, 第二个峰值出现在2005年, 与太阳黑子数的变化不同步.      

结合光球磁场特征物理量的质子事件短期预报

利用描述太阳活动区光球磁场复杂性和非势性特征的三个物理量(纵向磁场最大水平梯度|▽_hB_z |_m, 强梯度中性线长度L, 孤立奇点数目η)建立了质子事件短期预报模型, 验证了磁场特征物理量对质子事件短期预报的有效性. 目前已建立或使用的太阳质子事件短期预报模型中仍然没有正式将磁场特征物理量作为预报因子. 由于太阳质子事件是小概率事件, 其物理产生机制尚不完全清楚, 这些预报模型往往存在虚报率偏高或报准率偏低的问题. 本文试图将原有质子事件模型所用的传统因子与磁场特征物理量结合起来, 利用神经网络方法建立一个更为有效的质子事件短期预报模型. 利用1997--2001年的训练数据集1871个样本建立了输入层为传统预报因子的模型A以及输入层为传统预报因子和磁场特征物理量的模型B. 通过对2002--2003年973个样本的测试数据集进行模拟预报发现, 模型A与B在具有相同质子事件报准率的情况下, 模型B的虚报率明显降低. 这进一步验证了磁场特征物理量在质子事件短期预报中的作用, 进而可以加强对太阳质子事件的实际预报能力.      

小天体探测器电源系统方案设计及仿真

研究了小天体探测器在深空特殊环境下电源系统所面对的问题,提出了全调节母线能量直接传递的电源系统方案。根据探测器的轨道特性,分析了探测器在飞行过程中环境条件和不同负载等对电源系统的影响,考虑光照条件和峰值功率之间的关系,基于能量平衡的原理,对探测器的电源系统进行分析、设计。最后,通过数学仿真验证了方案设计的合理性。     

太阳风中小尺度磁通量管边界重联的统计研究

通过对WIND卫星1995—2005年的数据,利用程序筛选及人工识别两种不同方法确定的小尺度磁通量管进行比较,发现程序筛选法中41%的小尺度磁通量管有边界重联现象,与人工识别法确定的小尺度磁通量管的统计结果接近;通过人工识别和程序筛选两种方法确定的小尺度磁通量管的边界重联特征,包括磁场剪切角、磁场强度以及重联耗散区的持续时间等,也具有相同的统计趋势.结果表明,两种方法确定的小尺度磁通量管在重联特性上没有本质区别,因此采用这两种方法得到的数据作为样本来统计小尺度磁通量管前后边界重联事件.本文共确定了71个重联事件,统计结果显示有50个(70%)重联耗散区磁场的减小超过20%,47个(66%)磁场剪切角大于90°;多数重联事件的磁场剪切角大于90°,表明小尺度磁通量管边界中主要发生的是反平行重联.将小尺度磁通量管的前后边界重联分开进行统计,结果显示其前后边界重联的特征是相似的,与磁云前后边界存在差异的性质不同,这意味着太阳风中的小尺度磁通量管并不具有磁云这种大尺度磁通量管的膨胀特征.     

Effect of current sheets on the power spectrum of the solar wind magnetic field using a cell model

A puzzling observation of solar wind MHD turbulence is the often seen Kolmogorov scaling of k^-5/3$k^{-5/3}$, even though the solar wind MHD turbulence is dominated by Alfvénic fluctuations. Recently Li et al. (2011) proposed that the presence of current sheets may be the cause of the Kolmogorov scaling. Here, using a cell model of the solar wind we examine the effect of current sheets on the power spectrum of the solar wind magnetic field. We model the solar wind as multiple cells separated by current sheets. We prescribe the spectra of turbulent magnetic field in individual cells as IK-like and examine the spectra along trajectories that cross multiple boundaries. We find that these spectra become softer and are consistent with the Kolmogorov-scaling. Our finding supports our recent proposal of Li et al. (2011).