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一种基于硅传感器的空间中子探测器设计

北京大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 657-664页

作者：杨哲沈国红张斌全张珅毅常远荆涛权子达侯东辉孙莹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 上海卫星工程研究所上海200240

针对空间站轨道复杂的中子辐射环境,设计一种中子探测器,采用硅层叠结构,利用核反冲法及核反应法进行中子的间接探测,获取空间站轨道中子辐射的能谱信息。该中子探测器的探测范围指标为0.025 eV~10MeV,搭载于天宫空间站梦天实验舱的空... 详细信息

针对空间站轨道复杂的中子辐射环境,设计一种中子探测器,采用硅层叠结构,利用核反冲法及核反应法进行中子的间接探测,获取空间站轨道中子辐射的能谱信息。该中子探测器的探测范围指标为0.025 eV~10MeV,搭载于天宫空间站梦天实验舱的空间辐射生物学暴露实验装置上,用于监测空间站低地球轨道的中子辐射环境,获取在轨探测数据,可为研究空间中子对生物体造成辐射效应的作用机理提供重要依据,也可为研究次级粒子对航天器电子元件造成的单粒子效应提供必要的空间环境参数。

关键词：空间中子探测器空间中子辐射环境硅传感器中子能谱测量天宫空间站梦天实验舱

考虑非概率不确定性的复合材料壁板颤振可靠性优化方法

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振动工程学报 2024年第2期37卷 267-275页

作者：郑宇宁王一凡王淑玉刘晓华杨鑫鑫空间物理重点实验室北京100076

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中... 详细信息

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中目标函数的鲁棒性处理和对约束条件的可靠性处理,发展了计及可靠性与鲁棒性的区间优化模型,并将该优化模型应用于气动弹性系统的优化设计中。针对超声速气流下的复合材料层合板和蜂窝夹层板结构进行了考虑不确定性的颤振优化设计,在满足颤振约束指标的条件下,实现了结构减重的设计目标。

关键词：颤振复合材料壁板非概率鲁棒性优化设计

微小体积紫外可见反射式成像光谱仪的光学系统设计

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光学学报 2024年第18期 339-348页

作者：郭宝泽石恩涛王咏梅刘玖朱军姚舜中国科学院国家空间科学中心华北光电技术研究所天基空间环境探测北京市重点实验室中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室航天东方红卫星有限公司

目前，对于成像光谱仪系统的微型化，缺少有效方式来自动获得在固定体积范围内的良好设计起点。提出了一种微型反射式光谱成像仪初始结构的构建方法，建立体积与成像质量之间的联系，基于像差理论合理地缩小潜在结构的数量，求出在体积... 详细信息

目前，对于成像光谱仪系统的微型化，缺少有效方式来自动获得在固定体积范围内的良好设计起点。提出了一种微型反射式光谱成像仪初始结构的构建方法，建立体积与成像质量之间的联系，基于像差理论合理地缩小潜在结构的数量，求出在体积限制条件下包含色散元件的离轴初始结构，以为新型光谱仪提供准确的设计起始点，之后经过设计软件优化得到理想结果。基于此方法设计了一款在3 L体积限制下的离轴反射式成像光谱仪，设计结果表明：工作谱段为320～500 nm，在奈奎斯特频率（12 lp/mm）处各特征波长的调制传递函数优于0.8，系统弥散斑均方根小于10μm，光谱分辨率达到0.5 nm。整个设计系统的结构紧凑、分辨率高、成像质量好，为相关离轴反射结构设计提供了新思路和新方法。

关键词：光学设计成像光谱仪反射系统像差理论

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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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5米光学02星高分辨率高灵敏度大幅宽热红外相机设计与实现

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遥感学报 2024年第3期28卷 601-609页

作者：童卫明李昊谦聂云松马军闫秀荣邢辉高长春王保华孙启扬蔡帅郝中洋李岩北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室北京100094

2021年12月26日,5米光学02星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的主要载荷之一热红外相机采用8192元长线阵长波红外探测器推扫成像,可以获取星下点地面像元分辨率优于16 m、噪声等效温差小于0.1 K@300 K、幅宽大于115 km的7.7—10.5... 详细信息

2021年12月26日,5米光学02星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的主要载荷之一热红外相机采用8192元长线阵长波红外探测器推扫成像,可以获取星下点地面像元分辨率优于16 m、噪声等效温差小于0.1 K@300 K、幅宽大于115 km的7.7—10.5μm谱段热红外影像。相比国内外在轨热红外遥感相机,该相机同时实现高分辨率、高灵敏度和大幅宽观测,能够实现空间和温度的高效率精细化探测,具有明显优势。文章介绍了该相机的组成、工作原理、相机关键技术及实现情况,给出地面测试与试验结果,并简要介绍在轨测试和应用情况。相机目前在轨稳定运行,性能优异,已获取大量高分辨率热红外影像,可为后续同类载荷研制提供参考。

关键词：遥感热红外相机推扫红外探测器 5米光学02星

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长条镜柔性支撑及点阵结构设计方法

光学学报 2024年第2期44卷 272-281页

作者：刘朋朋吴俊常君磊庞寿成邹宝成张祝伟北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室北京100094

离轴三反光学系统多采用长条形反射镜,为尽可能提高反射镜面形精度,其支撑结构形式多为柔性支撑;为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求,支撑亦多采用壳体点阵结构。本文基于尺寸优化技术,建立了长条形反射镜的参数化有限元... 详细信息

离轴三反光学系统多采用长条形反射镜,为尽可能提高反射镜面形精度,其支撑结构形式多为柔性支撑;为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求,支撑亦多采用壳体点阵结构。本文基于尺寸优化技术,建立了长条形反射镜的参数化有限元模型以及双轴圆弧切口柔性铰链支撑的多参数优化模型,分别应用可行方向法及自适应响应面优化算法得到了质量约束下刚度最优的反射镜面板、筋板厚度参数以及刚度约束下镜面面形最优的柔铰支撑几何尺寸参数,并应用参数试验方法对该柔性支撑安装角度及安装轴向位置进行了独立变量的影响分析。对于背板的设计,本文提出了一种基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法,采用贪婪三角化投影算法对点阵结构包络生成的点云进行网格重构,保证了点阵结构模型的连续性与真实性。经过仿真验证,优化参数下重力、温度、强迫位移各工况下反射镜综合面形误差(0.018λ)和装调方向重力下刚体位移(0.007 mm)均达到最优。表明基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法合理可行,可推广应用于类似结构形式的反射镜支撑。

关键词：长条形反射镜柔性支撑点阵结构点云优化算法

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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

FY3D/GNOS大气掩星探测温度与TIMED/SABER探测温度和NRLMSISE00模式温度的比较

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空间科学学报 2024年第3期44卷 474-487页

作者：刘红珊徐寄遥白伟华何杰颖孙龙昌朱亚军袁韦高红中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点研究室北京100190 中国科学院大学北京100049

大气温度数据的精确探测对于研究中高层大气的结构特征和动力学过程具有重要意义.利用2019年1月至2021年12月共3年的FY3D掩星观测数据,借助TIMED/SABER探测数据和NRLMSISE00大气模式数据,对12~100 km范围内的大气温度数据进行比较.统计... 详细信息

大气温度数据的精确探测对于研究中高层大气的结构特征和动力学过程具有重要意义.利用2019年1月至2021年12月共3年的FY3D掩星观测数据,借助TIMED/SABER探测数据和NRLMSISE00大气模式数据,对12~100 km范围内的大气温度数据进行比较.统计分析SABER-FY3D温度偏差(TSABER–TFY3D)和NRLMSISE00-FY3D温度偏差(TNRLMSISE00–TFY3D)及其随纬度、季节的分布和南北半球的差异.结果显示,三种温度数据随高度变化趋势是大体一致的,SABER-FY3D温度偏差在12~30 km高度范围内为正偏差(0~1.8K),随高度升高,温度偏差从30 km处的0 K增加到77 km处的-11.6 ***00-FY3D温度偏差在平流层为正偏差(0~4.4 K),在中间层和低热层为负偏差(-2~0 K).两种温度偏差随纬度和季节都存在明显的变化特征.60 km以下,SABER-FY3D温度偏差在低纬地区较小(-3.8~1.8 K),高纬地区较大(-12~1.6 K),夏季较小(-0.5~2.2 K),冬季较大(-6.2~1 K);NRLMSISE00-FY3D温度偏差正好相反,在高纬地区较小(-1.6~2.4K),低纬地区较大(-3.9~6.1 K),冬季较小(-2~2.2 K),夏季较大(-1.3~7.1 K).两类月平均温度偏差的零偏差线所在高度在南北半球均存在春夏季节较高,秋冬季节较低的特征.冬季40~60 km高度区域内,北半球的SABER-FY3D平均温度负偏差比南半球的明显.

关键词： FY3D大气掩星温度温度偏差季节变化纬度变化

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多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统传热性能

工程热物理学报 2024年第4期45卷 949-954页

作者：刘宇彤刁彦华赵耀华陈传奇王泽宇韩义发房东冉绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室北京工业大学北京市100124

针对多通道平行流扁管单级蓄热装置在蓄取热过程中温差逐渐减小,传热不均匀的问题,本文提出了多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统,系统包括两级蓄热装置,装置里分别填充52#石蜡和月桂酸作为蓄热材料。以水作为载热流体,实验研究了不同进... 详细信息

针对多通道平行流扁管单级蓄热装置在蓄取热过程中温差逐渐减小,传热不均匀的问题,本文提出了多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统,系统包括两级蓄热装置,装置里分别填充52#石蜡和月桂酸作为蓄热材料。以水作为载热流体,实验研究了不同进口温度、不同流量下换热流体对梯级蓄热系统蓄取热特性的影响。实验结果显示,与流量相比,换热流体进口温度对梯级蓄热系统传热性能有更大的影响。当换热流体进口温度增加(减少)或换热流体流量增加(减小),梯级蓄热装置的蓄(取)热时间减少,蓄(取)热功率增加。

关键词：多通道平行流扁管梯级蓄热相变蓄热紧凑型翅片