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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

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月球南极尘埃等离子体环境特性

物理学报 2024年第15期73卷 133-140页

作者：李梦谣夏清蔡明辉杨涛许亮亮贾鑫禹韩建伟中国科学院国家空间科学中心空间天气国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft ... 详细信息

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft plasma interactions software)软件,仿真研究了月球南极0—200 m高度范围的等离子体和月尘的空间分布情况及月面充电特性,揭示了月面附近尘埃等离子体环境特征及悬浮在月面附近的带电月尘对等离子体环境的影响.仿真结果与Apollo探测数据和Popel团队的理论数据吻合.研究结果:表明空间电位随着高度升高而增加,月球南极附近0—10 m电位约为–40 V,在100 m处空间电位约为–20 V;在10 m以下高度范围内月尘密度为10^(7.22)—10^(4.66) m^(–3);月表附近尘埃等离子体中的电子密度为10^(5.47) m^(–3),离子密度为10^(6.07) m–3,并随着高度升高而增大;带电月尘会影响月尘的空间分布,主要是通过影响空间电场的分布,进而导致电子分布差异,对离子的影响不大.

关键词：月球南极尘埃等离子体环境 SPIS 仿真月面电位分布

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

基于调制码元多普勒测量的相干光通信测速方法研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 222-228页

作者：张权徐轻尘胡雄吴小成杨钧烽中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100190 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

高精度的星间测速技术是实现卫星激光通信测量一体化和自主导航的关键技术之一。提出了一种基于调制码元多普勒测量的星间相干光通信链路的测速方法,采用单程单向的方式,在接收端利用码元符号同步和判决相位及符号信息,去除基带采样数... 详细信息

高精度的星间测速技术是实现卫星激光通信测量一体化和自主导航的关键技术之一。提出了一种基于调制码元多普勒测量的星间相干光通信链路的测速方法,采用单程单向的方式,在接收端利用码元符号同步和判决相位及符号信息,去除基带采样数据中的相位调制信息,获取相位连续的码元多普勒信号,可在完成星间通信的同时,实现对卫星相对运动速度的实时高精度测量。仿真结果验证了该方法可在通信速率为1 Gbit/s、误码率(BER)为10^(-9)情况下,实现0~11.625 km/s的相对速度测量,速度测量不确定度优于10.00 mm/s。

关键词：光通信卫星测速调制码元多普勒频移

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大陆碰撞带深熔变质与花岗岩成因

地球科学 2024年第1期49卷 1-28页

作者：郑永飞陈仁旭高彭中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越研究中心安徽合肥230026

大陆碰撞带是地壳岩石发生深熔变质和花岗岩浆作用的重要场所,也是超大陆发生聚合和裂解过程的关键位置.对深熔变质作用的理解有助于揭示地壳分异过程和花岗岩成因等诸多问题,同时对威尔逊旋回过程中超大陆动力学的理解有重要启示.在大... 详细信息

大陆碰撞带是地壳岩石发生深熔变质和花岗岩浆作用的重要场所,也是超大陆发生聚合和裂解过程的关键位置.对深熔变质作用的理解有助于揭示地壳分异过程和花岗岩成因等诸多问题,同时对威尔逊旋回过程中超大陆动力学的理解有重要启示.在大陆碰撞过程的不同阶段,其动力体制会从挤压变成拉张,地温梯度会由低变高,从而形成时空分布不同、矿物组合各异的变质岩和岩浆岩.在大陆碰撞和俯冲的挤压阶段,变质温压比值较低,只有硬碰撞引起的地壳加厚产生的高压麻粒岩相变质作用以及深俯冲导致的超高压变质作用,不会发生深熔变质作用.在大陆深俯冲结束之际,板块界面动力体制由挤压变为拉张,受到超高压变质的地壳会以岩片状沿俯冲隧道发生逆冲折返.在大陆碰撞后阶段,一旦碰撞带岩石圈地幔发生减薄,软流圈地幔上涌导致主动张裂,上覆地壳就会在高的地温梯度下发生巴肯型深熔变质作用,从而形成大量的花岗岩.因此,地壳深熔变质和花岗质岩浆的发育程度与岩石圈厚度的变化密切相关.虽然幔源镁铁质岩浆结晶分异作用是大洋俯冲带之上花岗岩形成的常见方式,但是地壳部分熔融才是大陆碰撞带花岗岩浆作用的典型方式.地壳岩石性质是形成不同类型花岗岩的关键,I型和S型花岗岩分别主要来自于变火成岩和变沉积岩的部分熔融,而A型花岗岩则起源于堆晶或残留体的部分熔融.脱水熔融和水化熔融是产生花岗岩浆的两种基本物理化学机制,二者可在同一区域内发生,构成脱水-水化耦合的部分熔融机制.大陆碰撞带作为古板块缝合带,也是构造薄弱带,易于发育大陆主动张裂,这是在碰撞后阶段深部陆壳脱水-水化耦合熔融直至浅部陆壳部分熔融的主要构造机制,结果形成花岗岩-混合岩-麻粒岩高温岩石组合.一般来说,超大陆聚合阶段与碰撞挤压背景下的变质作用相关,而超大陆裂解与主动张裂拉张体制下的变质作用相关.虽然大陆张裂未必都能成功,但是其中夭折张裂在业已汇聚板块边缘最为常见.因此,夭折大陆张裂与陆内深熔变质作用和花岗岩浆作用之间的关系最为密切,这也是正确认识超大陆聚合之后到裂解之前陆内地质过程与构造演化之间关系的关键.

关键词：大陆碰撞深熔变质花岗岩浆大陆张裂陆内造山化学地球动力学汇聚板块边缘

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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

巴罗型变质作用的地质特征及其构造启示:以苏格兰高地和喜马拉雅造山带为例

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岩石学报 2024年第5期40卷 1587-1602页

作者：纪敏高晓英涂聪陈宣锦窦玉欣肖萌中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室中国科学院比较行星学卓越创新中心合肥230026

巴罗型变质带是汇聚板块边缘富铝泥质岩在中等地温梯度下变质作用的产物,广泛分布于全球各造山带。虽然不同地区的巴罗型变质带具有相似的矿物组合和变质温压条件,但在特征矿物变质带的空间分布上却存在显著差别。苏格兰高地出露了典型... 详细信息

巴罗型变质带是汇聚板块边缘富铝泥质岩在中等地温梯度下变质作用的产物,广泛分布于全球各造山带。虽然不同地区的巴罗型变质带具有相似的矿物组合和变质温压条件,但在特征矿物变质带的空间分布上却存在显著差别。苏格兰高地出露了典型的巴罗型变质带,而喜马拉雅造山带则出露了反转的巴罗型变质带。这两类巴罗型变质带记录了不同的变质和构造演化过程,是对比研究碰撞造山带温压结构和动力体制的时空演化及其地球动力学机制的天然实验室。本文以苏格兰高地和喜马拉雅造山带为例,比较了典型的巴罗型变质带和反转的巴罗型变质带的岩石学与年代学特征,并探讨了它们的形成机制。这两个地区的研究各具特色:苏格兰高地的研究主要聚焦于加热机制,强调软流圈地幔及其派生岩浆等外部热源对巴罗型变质带形成的关键作用;而喜马拉雅造山带的研究则主要关注构造过程,强调逆冲断层的顺序式活动对反转的巴罗型变质带形成的控制作用。进一步,本文将研究视角从巴罗型变质带拓展至巴罗型变质作用,综合考察其加热机制和构造背景,并探讨这对碰撞造山和地壳再造过程研究的启示。

关键词：汇聚板块边缘巴罗型变质作用加热机制构造背景苏格兰高地喜马拉雅造山带

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基于ASIC芯片的多探测单元设计与验证

空间科学学报 2024年第1期44卷 178-184页

作者：张鑫徐婉秋白超平孙越强王文静张帅韩建伟陈睿朱翔李悦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

以空间辐射环境中的粒子为研究目标,研制了用硅微条传感器作为探头、用集成芯片IDE3160进行信号处理的空间粒子探测系统.该系统采用两片硅微条传感器组成的硅微条探测阵列作为前端探头,并应用数字化的信号处理方法,获取空间粒子入射的... 详细信息

以空间辐射环境中的粒子为研究目标,研制了用硅微条传感器作为探头、用集成芯片IDE3160进行信号处理的空间粒子探测系统.该系统采用两片硅微条传感器组成的硅微条探测阵列作为前端探头,并应用数字化的信号处理方法,获取空间粒子入射的位置及在硅微条内单位长度沉积的能量(线性能量传递,LET).从诱发单粒子效应的物理机制角度,对比重离子和脉冲激光在硅半导体中所产生物理效应的不同.采用1.064μm脉冲激光开展系统测试,获得良好的LET线性结果:该系统数据采集所需时间为2.47 ms,可探测到的LET阈值约为0.1MeV·cm^(2)·mg^(–1),皮尔逊相关系数(PCC)达0.998,表明系统测量结果与理论设计符合性良好.该系统动态范围宽、线性度好,具有较高的集成度、可拓展性及可移植性,可以搭载在各种空间探测卫星上.

关键词：空间环境带电粒子探测系统硅微调传感器线性能量传递

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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