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风云三号E星空间环境载荷综合探测技术

北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 145-156页

作者：沈国红黄聪张鹏飞张效信王金华李佳薇宗位国张珅毅张贤国孙越强杨勇张焕新邹鸿王劲东孙莹白超平田峥中国科学院国家空间科学中心北京100190 北京市空间环境探测重点实验室北京100190 中国气象局国家卫星气象中心北京市空间天气重点实验室北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 上海卫星工程研究所上海201109 北京大学地球与空间科学学院北京100871

针对中国风云三号卫星运行的低地球太阳同步轨道,开展空间环境及粒子辐射效应监测,提出基于空间环境监测器Ⅱ型载荷的综合探测技术。在各载荷技术指标的地面研制过程中,通过标准放射源、等效信号源、粒子加速器和标准磁场等不同方式进... 详细信息

针对中国风云三号卫星运行的低地球太阳同步轨道,开展空间环境及粒子辐射效应监测,提出基于空间环境监测器Ⅱ型载荷的综合探测技术。在各载荷技术指标的地面研制过程中,通过标准放射源、等效信号源、粒子加速器和标准磁场等不同方式进行标定和实验验证。结果表明,多方向全能谱粒子探测的能量范围为30 keV~300 MeV,精度优于10%;磁场强度测量范围为-65023~+65023 nT,精度优于0.73 nT;电位探测范围为-32.4~+23.7 kV,灵敏度优于10 V;辐射剂量探测范围为0~3×10^(4) rad(Si),灵敏度优于8.3 rad(Si)。通过空间环境监测器Ⅱ型载荷对卫星运行轨道上的粒子辐射环境、原位磁场矢量变化、辐射剂量累积以及卫星表面电位变化等进行观测,可以为航天活动、卫星设计、空间科学研究及空间天气预警预报业务提供必要的数据支撑。

关键词：空间环境粒子探测电位探测辐射剂量磁场探测

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太阳抵近探测计划——观测位置的新突破

上海航天(中英文) 2024年第05期 1-10页

作者：林隽陆希陈雨豪黄帆张珅毅张艺腾周斌葛振华刘鎏田晖何建森程鑫陈鹏飞白先勇季海生刘佳佳张晓世中国科学院云南天文台中国科学院天文大科学研究中心中国科学院大学天文与空间科学学院云南省太阳物理与空间目标监测重点实验室上海卫星工程研究所中国科学院国家空间科学中心昆明理工大学材料科学与工程学院中国科学院微小卫星创新研究院北京大学地球与空间科学学院南京大学天文与空间科学学院中国科学院国家天文台中国科学院紫金山天文台中国科技大学地球与空间科学学院云南大学物理天文学院

太阳抵近探测计划（SCOPE）旨在突破高温和强辐射防护、长距离运载、远距离轨道控制和先进载荷等一系列极限技术，将探测器投送至距太阳中心仅有5个太阳半径的位置上，深入太阳大气层进行探测，研究太阳附近极亮、极热的深空探测“无人... 详细信息

太阳抵近探测计划（SCOPE）旨在突破高温和强辐射防护、长距离运载、远距离轨道控制和先进载荷等一系列极限技术，将探测器投送至距太阳中心仅有5个太阳半径的位置上，深入太阳大气层进行探测，研究太阳附近极亮、极热的深空探测“无人区”，在全新的位置上对太阳进行超近距离原位探测和遥感观测，针对磁场和等离子体结构实现空间分辨率优于0.1"的观测。探测器将穿越太阳爆发磁重联电流片，显微观测太阳爆发磁结构，原位探测磁重联电流片、日冕物质抛射与激波以及各类带电粒子，以推动揭示太阳爆发理论机理。探测器将在最靠近太阳的区域显微监测和探测日冕中尺度小于0.1"的纳耀斑、光球中尺度小于0.06"的磁场和速度场结构及其演化特征，确认日冕加热机制；探测太阳风重离子电荷态，确认太阳起源及加速机制。探测器还将在最接近太阳的区域内与原位探测日冕磁场，显微观测太阳极区磁场和等离子体结构和演化特征；揭示太阳附近尘埃分布特征，进入无尘埃区，确定太阳系尘埃盘内边界。困扰太阳物理界近百年的两个科学难题，即太阳爆发机理难题和日冕加热与太阳风加速机理难题，随着该计划的顺利实施将被破解；在最接近日心的位置处实现日冕磁场，包括太阳极区磁场原位探测“0到1”的突破也将实现。本文将介绍SCOPE的背景、科学目标和预期产出、有效载荷以及卫星平台关键技术。

关键词：太阳爆发磁场磁重联中高能粒子原位探测热防护深空通信

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星载粒子探测器中的偏转磁铁设计研究

地球物理学报 2007年第3期50卷 684-690页

作者：张珅毅王世金中国科学院空间科学与应用研究中心

在对空间带电粒子进行探测时,大量电子的混入会减少半导体探测器的寿命和工作效率,同时电子的噪声本底也是影响测量精度的重要因素.为了减少电子的影响,需要在离子探测器的探头中加上合适的偏转磁铁用来屏蔽电子的干扰.本文中,磁铁的结... 详细信息

在对空间带电粒子进行探测时,大量电子的混入会减少半导体探测器的寿命和工作效率,同时电子的噪声本底也是影响测量精度的重要因素.为了减少电子的影响,需要在离子探测器的探头中加上合适的偏转磁铁用来屏蔽电子的干扰.本文中,磁铁的结构设计借鉴了国外的成功经验,并通过有限元的方法来计算磁场的强度,选择合适的方案消除漏磁的影响以及模拟电子在磁场的轨迹来估计磁场对电子的偏转能力.并用理论计算的数据与实验结果进行了比对,得到了比较好的结果.最后针对空间粒子探测中的偏转磁铁设计提出了一些建议.加偏转磁场的技术也是我国在星载粒子探测器中的首次应用.

关键词：空间粒子探测偏转磁铁永磁魔环有限元分析磁屏蔽

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外辐射带区域新建地磁场经验模型的定量研究

地球物理学报 2020年第11期63卷 3944-3951页

作者：王丽杨晓超张珅毅中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190

准确的磁场模型对于辐射带粒子环境研究至关重要.本文利用美国Van Allen Probes(VAP)在2012至2018年期间测量的磁场数据和GOES15在2011至2017年期间测量的磁场数据,定量地评估了三个较新的外磁场经验模型(TS05、TA15和TA16)对外辐射带区... 详细信息

准确的磁场模型对于辐射带粒子环境研究至关重要.本文利用美国Van Allen Probes(VAP)在2012至2018年期间测量的磁场数据和GOES15在2011至2017年期间测量的磁场数据,定量地评估了三个较新的外磁场经验模型(TS05、TA15和TA16)对外辐射带区域(3~6.6 R E)磁场的描述性能.本文选择预测效率(Prediction Efficiency,PE)作为评估指标,定量分析各模型在不同空间范围(Lm值)、不同地磁活动水平(Kp)以及不同磁地方时(MLT)下的性能表现,并且计算了观测磁场与模型磁场的夹角θ,以评估模型的磁场方向预测能力.结果表明:PE随Lm值增大,随地磁扰动增强而下降;θ随Lm值增大,随地磁扰动增强而增大.在Lm=5~6.5 R E范围内,PE呈现晨昏不对称性,MLT=12-21时的PE值小于MLT=0-9时的值,说明三个磁场模型可以较好地描述晨侧磁场的强度,但它们并不能很好地反映下午至昏侧磁场的大小;在地球同步轨道附近(Lm^6.6 R E),PE呈现昼夜不对称性,MLT=9-15时的PE值大于其他时区的值,说明三个磁场模型可以很好地反映昼侧磁场大小,但在夜侧可能存在较大的误差.θ在MLT=6-12时的值小于其他时区的值,呈现昼夜不对称性,说明三个磁场模型可以较好地描述昼侧磁力线的分布位型,但在夜侧存在较大的方向描述误差.在外辐射带3~6.5 R E内,TA16模型与VAP磁场观测数据最为接近,PE均大于0.7,θ均小于3°;在地球同步轨道高度(6.6 R E),TS05模型与GOES15卫星磁场观测数据最为接近,PE约为0.75,θ约为7°.相关的研究结果可以为我国星载高能粒子探测器探测数据的在轨交叉定标、辐射带高能粒子动态模型研究和相关的磁层环境理论/应用研究提供地磁场模型选择方面的参考.

关键词：外辐射带 VAP GOES15 外磁场经验模型预测效率

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月球空间天气探测与研究进展

深空探测学报（中英文） 2024年第2期11卷 159-168页

作者：罗冰显张贤国孙天然白先勇韦飞林瑞淋李磊张珅毅孔令高王馨悦谢良海彭松武唐斌斌张颖洁徐秋予冷双冯鹏远苏杨甘为群封莉田晖陈林杰颜毅华宋永亮刘四清邓元勇空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院紫金山天文台南京210023 北京大学地空学院北京100871

稳定的天体地质构造、与地球合适的距离、无稠密大气和全球磁场,使得月球成为日地月空间天气监测和研究的天然优良实验室。回顾了国内外月球空间天气探测和研究进展,梳理了月球空间天气关键科学问题及预报应用问题,提出了建立月球空间... 详细信息

稳定的天体地质构造、与地球合适的距离、无稠密大气和全球磁场,使得月球成为日地月空间天气监测和研究的天然优良实验室。回顾了国内外月球空间天气探测和研究进展,梳理了月球空间天气关键科学问题及预报应用问题,提出了建立月球空间天气监测站的构想,明确了监测站具体科学目标,并介绍了监测站三大系统构成及相互关系,包括监测系统、科学研究系统以及建模与预报系统。建立月球空间天气监测站对研究太阳爆发活动、日地月耦合关系以及月球局地环境的变化具有重要的科学意义,也有利于促进月球空间天气建模和预报技术的发展,提升未来月球科研探索任务空间环境保障能力。

关键词：月球空间天气月球空间天气探测和研究月球空间天气监测站月球空间天气预报

GEANT程序在空间粒子探测器优化设计中的应用

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空间科学学报 2005年第2期25卷 118-124页

作者：张珅毅王世金中国科学院空间科学与应用研究中心

在众多的蒙特卡罗模拟程序中,介绍了其中的一种程序--GEANT程序.首先对蒙特卡罗方法的产生和基本思想作了解释,对GEANT程序的主要模块和基本结构以及粒子在程序中的传输过程作了描述.在程序中,GEANT程序应用了先进的ZEBRA存储管理器,... 详细信息

在众多的蒙特卡罗模拟程序中,介绍了其中的一种程序--GEANT程序.首先对蒙特卡罗方法的产生和基本思想作了解释,对GEANT程序的主要模块和基本结构以及粒子在程序中的传输过程作了描述.在程序中,GEANT程序应用了先进的ZEBRA存储管理器,使各个模块之间的联系更为方便.在空间粒子探测中,利用GEANT程序,可以计算空间粒子在探测器中的能量损失,在不同材料中的射程以及产生的次级粒子的数量,最后利用GEANT程序可以模拟出各种粒子在不同材料中的LET值,本文还进一步表明了蒙特卡罗方法对空间粒子探测的重要意义.

关键词：蒙特卡洛线性能量转移单粒子翻转 GEANT模拟程序空间粒子探测器

用于空间中高能离子探测的飞行时间(TOF)质谱仪——发展现状与展望

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地球物理学报 2022年第10期65卷 3743-3758页

作者：张伟杰张珅毅张贤国叶依众中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190

对空间中能量介于几十keV到几MeV的离子进行成分、能谱、通量和角分布等信息的测量,具有十分重要的科研和应用价值.20世纪80年代,一种基于二次电子发射(Secondary Electron Emission, SEE)的TOF×E空间中高能离子探测器(下简称中高能TO... 详细信息

对空间中能量介于几十keV到几MeV的离子进行成分、能谱、通量和角分布等信息的测量,具有十分重要的科研和应用价值.20世纪80年代,一种基于二次电子发射(Secondary Electron Emission, SEE)的TOF×E空间中高能离子探测器(下简称中高能TOF质谱仪)问世,直到今天,仍然被广泛应用于各类空间任务.本文将重点介绍中高能TOF质谱仪的技术原理,发展历史,当前发展现状和未来趋势.另外还对中高能TOF质谱仪的质量分辨率和抗干扰能力两项关键参数的影响因素进行分析,并探讨通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器改善两项性能的可能性.该项技术目前我国仍未掌握,但随着我国多项深空探测项目即将开展,已对该技术提出了科研和应用需求.针对未来不同的空间任务需求,我国对中高能TOF质谱仪的研发应涵盖单方向高精度和多方向多要素两种类型,并研究通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器等新技术,进一步提升其探测性能和空间任务适应性.

关键词：飞行时间法中高能离子磁层探测行星探测太阳探测深空探测

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