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小行星撞遇陆地成坑动力学的计算模拟

深空探测学报（中英文） 2024年第2期11卷 195-202页

作者：徐文杰刘芹芹申旭辉清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 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太阳活动与空间天气重点实验室北京100190

小行星撞遇陆地是一个复杂的非线性动力学过程,难以通过模型试验的方法开展相关研究。数值计算为这一灾害动力学过程分析提供了重要的工具,基于自主研发的CoSim软件中离散元(Discrete Element Method,DEM)模块初步实现了小行星撞遇陆地... 详细信息

小行星撞遇陆地是一个复杂的非线性动力学过程,难以通过模型试验的方法开展相关研究。数值计算为这一灾害动力学过程分析提供了重要的工具,基于自主研发的CoSim软件中离散元(Discrete Element Method,DEM)模块初步实现了小行星撞遇陆地的大规模计算模拟。基于小行星撞遇陆地三维动力学全过程的数值仿真结果:实现了初始接触、撞遇挖掘、高速抛射和回落调整4个撞击阶段全过程仿真;小行星的碰撞入射角及撞遇过程中动力学行为将影响撞击坑的地形地貌特征。研究也表明大规模数值计算方法可较好地实现小行星撞遇地球这一动力学过程,为小行星防御提供支撑。

关键词：小行星撞击坑离散元法数值仿真

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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

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极紫外光电效应电荷驱动仿真与试验验证

空间科学学报 2024年第2期44卷 368-378页

作者：王子栋周斌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太阳活动与空间天气重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

惯性传感器中的检验质量是精密引力测量系统中的核心,其表面会因为宇宙高能粒子持续注入而积累电荷,在惯性传感器内部电磁场作用下产生杂散噪声,影响精密引力测量结果.根据光电效应原理,用UV LED产生极紫外光照射惯性传感器的电极与检... 详细信息

惯性传感器中的检验质量是精密引力测量系统中的核心,其表面会因为宇宙高能粒子持续注入而积累电荷,在惯性传感器内部电磁场作用下产生杂散噪声,影响精密引力测量结果.根据光电效应原理,用UV LED产生极紫外光照射惯性传感器的电极与检验质量表面,并在电极间施加适当电场,就可以在不引入外力作用且无接触条件下改变检验质量的电荷量.本文基于平行板电容器的简化电极模型,对极紫外电荷驱动过程进行了理论建模仿真.在此基础上设计和构建了一套电荷驱动验证试验系统,针对光功率、偏置电压对充放电速率的影响和交流电荷驱动进行试验.试验证明电荷充放电速率与极紫外光功率成正比,其量子产率随极板间电场强度变化.最终可实现稳定控制检验质量电荷放电速率在0.31~0.76 pC⋅s^(–1),检验质量电荷充电速率在–0.05~–0.17 pC⋅s^(–1).分析提出的检验质量电荷充放电速率理论模型与地面试验结果一致,可以有力支撑电荷管理控制系统的研制.

关键词：极紫外光电荷驱动光电效应建模仿真

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火星水冰分布特征和研究进展

地球科学 2024年第6期49卷 2253-2276页

作者：刘正豪刘洋刘佳牛胜利邹永廖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 中国科学院大学北京100049 中国科学院比较行星学卓越创新中心安徽合肥230026

火星作为太阳系中与地球相似的一颗行星,它曾经存在活跃的水活动历史,现今火星稀薄的大气和寒冷干旱的气候使得液态水很难存在于火星表面,火星上水大多以冰的形式在南北两极和中纬度区域分布并形成沉积地貌类型.随着国内外深空探测任务... 详细信息

火星作为太阳系中与地球相似的一颗行星,它曾经存在活跃的水活动历史,现今火星稀薄的大气和寒冷干旱的气候使得液态水很难存在于火星表面,火星上水大多以冰的形式在南北两极和中纬度区域分布并形成沉积地貌类型.随着国内外深空探测任务的逐年增多,火星上的水冰环境与宜居性越来越受到关注,以极区冰盖、中纬度冰川作用地貌和浅地表水冰升华地貌为重点,对它们的形貌特征、分布情况、成因机制以及与气候的耦合关系进行介绍和剖析.火星中纬度地区水冰地貌的分布与自转轴倾角有关,当火星处于高倾角时,极区水冰会向中纬度表面转移,此时火星转变为寒冷的冰期,中纬度水冰环境区域增加;反之,则极区冰盖区域增加.因此,火星自转轴倾角的周期性改变引起气候的改变,从而导致形成了水冰在火星表面不断重新分布的过程,主要表现为从极区到中高纬度区域水冰阶段性的富集.通过对火星水冰分布特征的总结,加深了对火星水冰环境的认识,同时结合火星水冰的研究现状提出了展望.火星水冰地貌与火星宜居环境以及生命赋存形式息息相关,对火星水冰的研究可以帮助我们深入了解火星的气候演化历史、宜居环境情况等以及为未来的火星探测任务提供支撑.

关键词：火星水冰冰盖冰川地貌特征气候演化行星地质

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高空大气风切变时空分布特征研究

北京航空航天大学学报 2024年

作者：杨钧烽程旋王建美张依鸣胡雄肖存英北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所中国科学院国家空间科学中心中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京师范大学天文系中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室深空探测实验室

火箭发射阶段容易受到高空大气风场影响，火箭设计需要考虑风切变特性。基于2000-2022年NCEP再分析资料，利用综合矢量风的方法整体分析了东亚区域地面至30 km的高空大气风切变特征，并结合大气环流和高空急流分析了其时空分布成因，研... 详细信息

火箭发射阶段容易受到高空大气风场影响，火箭设计需要考虑风切变特性。基于2000-2022年NCEP再分析资料，利用综合矢量风的方法整体分析了东亚区域地面至30 km的高空大气风切变特征，并结合大气环流和高空急流分析了其时空分布成因，研究表明，最多风向、最大风速和风切变都具有显著的季节、高度和水平变化。利用20年的台站气球探空数据进行了差异性分析，表明再分析资料低估了实际风切变强度。将计算的高空大气风切变应用到两型火箭发射段风攻角的评估，结果表明，风切变在低层和7～18 km影响显著。研究结果有助于全面掌握中国风切变分布特征，为火箭风场设计提供参考。

关键词：风切变综合矢量风高空急流火箭设计攻角

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高层大气密度的午夜极大值特征分析与建模

天文学报 2024年第1期65卷 88-98页

作者：汪宏波张明江熊建宁中国科学院紫金山天文台南京210023 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室南京210023

利用CHAMP(CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE-A(Gravity Recovery and Climate Experiment-A)、SWARM-C(The Earth's Magnetic Field and Environment Explorers-C)等3颗极轨卫星的资料,研究360—480km高层大气密度在低纬度区域的午夜极大值(Midnight Density Maximum,MDM)现象.MDM一般出现在23:00-02:00 LT(Local Time)之间,峰值位置在低纬度15°以内,谷值位置在中纬度35°-45°附近,整体略偏向南半球,振幅约为平均密度的26%.随着高度增大以及太阳辐射水平的增强,MDM振幅呈减小趋势;冬至和夏至日附近的季节效应会减弱MDM振幅,在春秋分日的振幅最大.用3个主流大气模型DTM2000(Drag Temperature Model 2000),NRLMSISE00(US Naval Research Laboratory,Mass Spectrom-eter and Incoherent Scatter radar)和JB2008(Jacchia-Bowman 2008 model)对MDM进行模拟,JB2008没有刻画出MDM现象;另两个模型低估了MDM效应,在360km和480km两个高度DTM2000模型的振幅仅为观测的46%和53%,NRLMSISE00模型仅为观测的33%和26%;模型没有准确刻画出MDM与高度、辐射水平和季节的关系.联合3颗卫星的资料,研究了-种基于地理纬度的6阶勒让德多项式,同时融合地方时和高度因素的经验函数,在振幅和相位上可以较好地刻画MDM特征,相关系数达到0.923,可为大气密度模型的修正提供借鉴,服务于低轨道航天器高精度轨道预报.

关键词：大气效应大气密度模型方法数据分析

中间层臭氧的夜间变化特征及与太阳活动的相关性

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空间科学学报 2024年第2期44卷 262-269页

作者：柳丹吴止境杨钧烽程旋王建美张依鸣胡雄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太阳活动与空间天气重点实验室北京100190 中国东方红卫星股份有限公司北京100094

基于ENVISAT-1/GOMOS(Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars)和TIMED/SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)卫星的臭氧廓线数据结合模式HAMMONIA(Hamburg Model of the Neutral and Ionized Atmosphere)对热带低纬度地区(20°S-20°N)中间层(60~110 km高度)夜间(20:00 LT-24:00 LT)臭氧的分布进行统计,分析其与27天太阳周期的相关性.观测与模式均表明中间层夜间臭氧在95 km达到峰值,并在中间层上层存在半年振荡.通过与相同时间段内的太阳辐射强迫Lyman-α数据对比发现,中间层上层臭氧与太阳强迫作用可能是反相关,中间层下层臭氧与太阳强迫作用可能呈正相关.虽然观测结果与模型结果在臭氧随月份的时间和空间分布上有一定的相同特征,但在臭氧峰值的数值上发现有较大的差异,其中臭氧敏感性的振幅被模型低估.

关键词：中间层臭氧夜间变化太阳活动

活动小行星311P/PANSTARRS的动力学特性分析

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天文学报 2024年第2期65卷 87-102页

作者：辛瑛琦史建春马月华陈媛媛中国科学院紫金山天文台/中国科学院行星科学重点实验室南京210023 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院比较行星学卓越创新中心合肥230026

311P/PANSTARRS是一颗活动小行星,具有小行星和彗星的双重特征,是中国``天问二号'的探测目标之一.311P/PANSTARRS直径较小,约为400 m,非引力效应可能会对其长期动力学演化产生较大的影响.通过假定不同表面组分,研究了Yarkovsky效应对311... 详细信息

311P/PANSTARRS是一颗活动小行星,具有小行星和彗星的双重特征,是中国``天问二号'的探测目标之一.311P/PANSTARRS直径较小,约为400 m,非引力效应可能会对其长期动力学演化产生较大的影响.通过假定不同表面组分,研究了Yarkovsky效应对311P/PANSTARRS轨道演化的影响,讨论了密近交汇、非破坏性碰撞和YORP(Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack)效应等非引力效应,计算了小行星与大行星密近交汇及碰撞概率,估计了311P/PANSTARRS达到自转周期分裂极限的时标.模拟结果显示与纯引力模型相比,Yarkovsky效应可能会加快311P/PANSTARRS离开当前共振区域,大约在10Myr以后311P/PANSTARRS会离开当前所在共振带,在表面覆盖风化层的情况下有机会通过v6长期共振成为越火小行星;在考虑YORP效应的情况下,311P/PANSTARRS在2 Myr时标内可达到自转周期分裂极限;在考虑Yarkovsky效应及YORP效应等因素的情况下,311P/PANSTARRS在10 Myr时标内仍可保持其动力学稳定性,且YORP效应不会显著影响其半长径偏移量.

关键词：天体力学方法:统计行星和卫星:动力学演化和稳定性矮行星小行星:个别:311P/PANSTARRS

光波导输入的双通道同步定标虚拟成像相位阵列光谱仪

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光子学报 2024年第4期53卷 1-10页

作者：张中楠林栋朱小明王宇韬冯吉军何晋平中国科学院南京天文光学技术研究所太阳与空间仪器研究室南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室南京210042 中国科学院大学北京100049 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 中国科学院大学南京学院南京211135

激光频率梳定标的虚拟成像相位阵列光谱仪有潜力同时实现超高光谱分辨率与波长定标精度,对于天文光谱探测有重要意义。然而,现有的研究工作中,虚拟成像相位阵列光谱仪采用常规的双通道光纤输入模式,在受环境干扰时,两个通道的同步性较差... 详细信息

激光频率梳定标的虚拟成像相位阵列光谱仪有潜力同时实现超高光谱分辨率与波长定标精度,对于天文光谱探测有重要意义。然而,现有的研究工作中,虚拟成像相位阵列光谱仪采用常规的双通道光纤输入模式,在受环境干扰时,两个通道的同步性较差,相对漂移严重,从而降低了光谱仪的重复性定标精度。为解决该问题,提出一种以光波导作为输入器件的双通道虚拟成像相位阵列光谱仪,利用波导通道之间相对稳定的特性,实现更高水平的同步定标精度。通过对不同环境下光谱仪的稳定性进行研究得出,在相似的测试条件下,波导输入的虚拟成像相位阵列光谱仪的重复性定标精度明显优于光纤输入时的定标表现。

关键词：天文光谱探测虚拟成像相位阵列双通道光谱仪光波导同步定标激光频率梳