敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标

为保证卫星在轨自动化定标中气溶胶光学特性观测的精度,针对基于相对稳定大气条件的Langley定标和基于高精度参考仪器的交叉定标,开展了辐射校正场太阳光度计的现场定标技术研究.定标结果表明高精度太阳光度计Langley定标和交叉定标与CE318太阳光度计反演的气溶胶光学厚度最大偏差分别在0.015和0.01以内.计算分析了大气条件、仪器参数等对现场定标的影响,将定标后的仪器和CE318太阳光度计放在青海湖同步比对观测,气溶胶光学厚度最大偏差在0.01以内.敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标误差对卫星在轨定标的影响不超过0.21%,表明定标结果能够满足卫星在轨自动化定标的精度要求.     

太阳同步圆轨道空间相机瞬态外热流计算

为了使空间相机热设计、热分析、热试验具备准确、可靠的热边界条件,对太阳同步圆轨道空间相机的瞬态外热流进行了计算。总结了卫星空间定位的6个轨道根数之间的关系,给出了太阳同步圆轨道空间定位的必要参数。针对某给定太阳同步圆轨道,采用STK软件进行了轨道面与太阳光矢量相对位置关系（β角）的计算,确定了该轨道的高、低温工况位置。归纳了空间外热流的理论计算方法,以外接于卫星平台的空间相机为例,建立了外热流计算模型,采用IDEAS/TMG模块对给定太阳同步圆轨道的高、低温工况轨道周期内瞬态外热流变化进行了分析计算,得出了太阳辐射热流、地球太阳反照热流、地球红外辐射热流在轨道周期内的详细变化曲线,得到的结果可以作为空间相机热设计、热分析及地面热试验外热流模拟的输入条件。     

地球扁率对卫星轨道平面的影响——兼谈卫星的太阳同步轨道

讨论地球扁率对人造地球卫星轨道平面的影响,介绍卫星的太阳同步轨道设计原理.     

太阳辐照绝对辐射计及其在航天器上的太阳辐照度测量

介绍了我国自主研制的太阳辐照绝对辐射计(SIARs)的原理和结构,该辐射计主要有两个创新点,即把电加热导线埋入锥腔壁以提高光电等效性和用无源热电温度传感器代替有源电阻温度传感器。SIARs参加了第九届和第十届国际日射（强度）计比对（IPC IV和IPC X）, 同世界辐射基准（WRR）在02％以内符合。 置于世界辐射中心(WRC)的用于保存和传递WRR的世界标准（辐射计）组（WSG）上的两台SIARs已同WSG仪器进行了6年的比对测量,性能稳定,不确定度在0.2％以内。“神舟三号”飞船应用SIARs构成的太阳常数监测器进行了5个月的在轨测量,与同期国外星上测量数据在0.2％以内吻合。采用3台SIARs构成的“风云三号”卫星太阳辐射监测仪从2008年6月起也已经开始了长期的在轨测量。     

空间太阳望远镜主镜支撑结构的优化设计

空间太阳望远镜主镜是有效口径为1m的抛物面镜,工作状态需要达到衍射极限,因此光学系统要求主镜面形误差小于λ/40(RMS),精度主要靠主镜支撑结构来保证。主镜支撑结构应满足地面调试、在轨及发射状态的需要。支撑结构试验样机已经加工完成,地面调试结果表明主镜的镜面变形满足整个光学系统的要求。试验样机强度和刚度还有较大余量,结构本身比较复杂。用有限元分析方法进行优化设计,优化后的主镜支撑结构满足地面调试、在轨及发射状态的需要,也能保证主镜的面形满足整个光学系统的要求,有效减轻仪器重量、简化支撑结构的同时,提高了整个仪器的可靠性。     

太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响

面向当前第25太阳活动周, 评估太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响。通过对超低轨道重力卫星进行轨道仿真和分析GOCE任务数据, 得出大气阻力的变化规律, 并获得了太阳活动极大年附近任务和极小年附近任务对携带工质量的影响、地磁暴对电推进系统保持"无拖曳"工作的影响。结果表明: 其余情况相同下, 卫星在太阳活动低年附近任务的工作轨道高度可较高年降低约20 km, 有利于提高重力信号强度。强地磁暴通常引起超低轨道卫星阻力增加30%~90%, 飞行控制需为克服地磁暴影响留足够的推力裕度。推力器设计应保证最大推力的10%~70%推力区间具有高比冲, 且着重考虑此区间的寿命问题。      

星载遥感仪器太阳漫透射板紫外辐照特性

空间遥感仪器的漫透射板受太阳真空紫外辐照而导致的半球透射率变化将影响仪器在轨辐射定标结果。分析了太阳紫外辐射光谱特点及漫透射板在轨工作的紫外辐照剂量,利用标准氘灯作为光源模拟太阳115~200nm的紫外光谱,在特定距离下对紫外熔石英漫透射板进行了辐照实验。太阳等效紫外辐照48h后,熔石英漫透射板半球透射率在250~1000nm波段产生了不同程度的衰减,其中,紫外波段半球透射率衰减程度略高,250nm处衰减约为3%,近红外波段衰减程度略低,1000nm处衰减约为1%,对漫透射板进行清洗后,半球透射率基本恢复到最初状态。实验结果初步表明,漫透射板表层污染是引起半球透射率衰减的主要因素,该结果将对空间遥感仪器太阳漫透射板防护、在轨定标与衰减修正具有重要意义。     

基准星辐射定标的轨道预报研究

轨道预报是指根据空间目标初始时刻的状态,利用轨道力学建立的数学模型来预测未来某一时刻的轨道信息。简单介绍了基准星辐射定标系统(PSRCS)和定标轨道预报流程。研究了定标空间位置设计方法和辐射传递模型,在此基础上提出一种基于基准星定标的轨道预报方法,用来为待定标卫星选取适合的定标弧段,并精确预报定标时刻基准星、待定标卫星的轨道信息。通过分析基准星定标轨道约束条件,以高分一号(GF-1)太阳同步轨道卫星作为基准星轨道,仿真出满足定标条件的不同待定标卫星轨道上的定标可见时段。结果验证了基准星定标轨道预报方法的可行性。     

太阳过渡区紫外光谱的观测与诊断

太阳过渡区是太阳色球层顶到日冕底部的大气薄层。厚度仅几百千米,但其间太阳等离子体参数变化剧烈。过渡区的辐射多为光学薄的远紫外、极紫外发射谱线和背景连续谱线。由于地球大气的吸收,过渡区紫外光谱需通过天基观测才能实现。近几十年来,星载仪器的成功发射为太阳过渡区的研究打开了新纪元。工作回顾了太阳过渡区紫外光谱的观测历史和各类星载仪器,特别介绍了近十几年几种重要的光谱仪器。详细阐述了过渡区紫外光谱的发生率、电子密度和电子温度的诊断原理。讨论了过渡区紫外谱线的形状,并以SOHO/SUMER光谱仪为例介绍了表征谱线的几种重要参量及其物理意义。     

槽式太阳能聚集阵的间歇跟踪聚光特性

对日间歇跟踪的太阳能聚光电池阵是一种技术难度与效益平衡性好的航天器太阳能电源技术,研究该类空间太阳能聚集系统的在轨聚光特性及间歇跟踪控制方法具有重要意义.本文基于卫星轨道特性与槽式反射聚集阵的光传播特性分析,建立了太阳能聚集阵对日间歇跟踪的时间步长计算方法,考虑太阳光线不平行度等因素影响.以某太阳同步圆轨道卫星上的反射聚集阵为例,采用蒙特卡洛法模拟其间歇跟踪下的聚光特性.结果表明,采用所提出的时间步长计算方法进行聚集阵的对日间歇跟踪,可获得满意的聚光效果.     

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪定标系统中铝漫反射板实验测量研究

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪采用太阳辐射与漫反射板组合方式进行在轨光谱定标,以天底推扫方式对地观测,拥有114°的大视场. 为保证全视场光谱定标精度,此星载仪器的在轨光谱定标系统中的铝漫反射板需具有良好的朗伯特性,以保证在仪器观测视场内能够提供均匀的光源. 在实验室中利用双向反射分布函数测量仪,采用相对测量法对研制的铝漫反射板进行了朗伯特性测量. 分析结果表明,在波长180–880 nm、观测角度-70°–+70°范围内,铝漫反射板双向反射分布函数近似成余弦分布,具有较好的朗伯特性;并采用地面模拟在轨定标方法对星载仪器进行了光谱定标,定标结果表明最大偏差值为0.022 nm,满足定标精度优于0.05 nm的要求. 通过对实验测量的分析可知,研制的铝漫反射板可选作在轨定标系统的定标板. 关键词： 在轨光谱定标系统 铝漫反射板 双向反射分布函数 星载差分吸收光谱仪器     

空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜

太阳极紫外和X射线成像观测是空间天气研究的重要内容,空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜是为空间天气研究和预报研制的仪器。介绍了国内外太阳极紫外和X射线成像的发展状况,在此基础上引入19.5nm成像观测的科学目标。阐述了望远镜光学系统和成像相机传感器的设计。前者包括光学结构和基本参数、光学窗口的选择、多层膜设计、光学系统仿真结果;后者包括两种不同成像传感器的对比和选择、控制系统的设计。     

高光谱地基CO_2太阳辐射计的定标

介绍了一种用于大气CO2太阳吸收光谱地基观测的高光谱太阳辐射计,包括仪器的设计结果及相对光谱辐射亮度的测量原理。以可调谐红外激光器加积分球作为定标光源,详细介绍了波长、仪器线型函数的定标过程和方法。定标结果表明,在仪器有效工作波段(1560~1575nm)内,光谱分辨能力为0.097nm,杂散光水平在0.5%左右。定性比较了仪器的大气CO2太阳吸收光谱测量结果与LBLRTN软件的理论计算结果,两者在吸收峰的强度、位置、形状等方面都具有较好的吻合度。     

太阳爆发:源动力之谜

看似宁静的太阳上存在着诸多活动现象,其中的爆发活动,包括耀斑(solar flares)和日冕物质抛射(CMEs),是太阳系内最剧烈的能量释放,也是造成空间环境和空间天气变化的最主要因素。磁场重联一直被认为是其背后的驱动力,然而确凿的证据一直没有找到。现在,新一代观测卫星太阳动力学天文台(SDO)终于记录到了完整可信的日冕重联过程。文章中我们简要回顾太阳爆发的研究历史,介绍最新的研究成果,并讨论将来的研究重点。     

地球同步轨道二维扫描像移补偿技术建模与分析

在建立二维扫描观测模型的基础上,提出了基于椭球体地球模型的二维扫描像移补偿方案,给出了任意空间观测到的目标位置的快速迭代算法,并以真实轨道和仿真姿态数据验证了像移补偿模型的实际性能。仿真结果表明,对于长周期(大于一个东西方向扫描行周期)轨道和姿态偏差,可以通过调整仪器坐标系内的扫描轨迹来实现像移补偿;同时,在现有轨道测量和控制条件下,轨道因素引起的瞬时方位角和俯仰角补偿量在0.01°~0.1°量级,且随轨道位置不同而变化。FY-2C卫星在轨偏航轴姿态失配修正实例证实了上述模型的有效性。     

空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17～21 nm、70～80 nm和95～105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距（EVLS）光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在1...     

掩星状态下的太阳形状及强度的理论及数值分析

提出了一种掩星状态下获得太阳形状及强度的方法,并进行了理论推导,建立了数值仿真模型。建立了无大气折射效应下的太阳形状及强度矩阵,并以此作为参考,通过阿贝尔积分公式及折射率垂直剖面反演得到经大气折射后的太阳像面任意位置处的大气弯曲角,根据弯曲角计算得到掩星后太阳像面各个点位置相对于不发生掩星时的位移,根据参考像面即可得到掩星后的太阳像面形状及强度矩阵。 仿真结果表明,采用此模型能实现掩星状态下,不同轨道位置,任意切点下的太阳形状及强度分布。 同时,以卫星轨道高度600 km作为仿真算例,模拟获得了从5~60 km不同正切点高度位置处相应的太阳形状及强度分布,并且仿真得到了云层遮挡下的太阳强度分布图。此模型对应用于卫星姿态部件的测试标定、遥感技术及材料测量等领域,实现能够较为真实地反映太阳形状及强度的太阳模拟器,具有较高的参考价值。     

温室内太阳净辐射量的计算方法

在现有理论及方法的基础上进行了相应推导 ,得出了进入温室内太阳净辐射量的计算方法。该计算方法可以为温室结构设计及能量计算提供理论依据。     

日-地系拉格朗日L1点太阳观测器热设计

对将运行于日-地L1点的太阳观测器进行了热设计,重点论述了日-地L1点的轨道外热流计算和Lyman α日冕仪（LACI）反射镜M2光阱、Lyman α日冕成像仪（LADI）滤光片组件、CCD组件、电箱、观测器主体等部分的热设计方案。通过在探测器对日面设置集热板,将观测器的主动加热功耗降低了73％;选用预埋热管的设计方案解决了对日定向观测导致的框架温差问题。仿真分析结果表明,在对日高温工作、对日低温工作、低温存储、轨道转移等4个极端工况下,观测器各组件温度均满足指标要求。该热设计方案以较低的加热功耗,解决了太阳观测器在轨工作阶段的散热、轨道转移阶段的保温等问题,满足CCD焦面工作温度＜-50℃的要求。     

基于光照条件的空间相机增益在轨自动调整

空间相机摄影过程中,通常采用较小的固定增益以避免图像饱和,导致获取的图像存在整体偏暗、图像层次不丰富等问题。提出一种基于光照条件的空间相机增益在轨自动调整方法,根据当前的航天器位置和时间等实时计算星下点处的太阳天顶角,通过非线性拟合建立太阳天顶角与对目标最大反射率对应的地物成像时相机入瞳辐亮度之间的函数关系,进而完成对增益的实时计算和调整。与卫星工具包(STK)仿真和MODTRAN计算结果的对比实验表明,在太阳天顶角取[20°,70°]时辐亮度拟合误差小于等于0.3 W/(m2·sr),相对误差小于等于2.2%。计算和仿真得到太阳天顶角之差约为0.39°(3σ)。在轨成像实验结果表明,太阳天顶角为62.5°时增益调整后图像灰度层次从98提高到183,信息熵提高约19.2%,图像灰度层次更加丰富,使目标更容易辨识。