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月球空间天气探测与研究进展
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作者 罗冰显 张贤国 +23 位作者 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 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第2期159-168,共10页
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... 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。 展开更多
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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近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果 被引量:6
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作者 王馨悦 张爱兵 +2 位作者 荆涛 孔令高 张珅毅 《深空探测学报》 2019年第2期119-126,共8页
"嫦娥1号"(CE-1)、"嫦娥2号"(CE-2)都安装了1台太阳高能粒子探测器(High-energetic Particles Detectors,HPD)和2台太阳风离子探测器(Solar Wind Ion Detectors,SWIDs),进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,... "嫦娥1号"(CE-1)、"嫦娥2号"(CE-2)都安装了1台太阳高能粒子探测器(High-energetic Particles Detectors,HPD)和2台太阳风离子探测器(Solar Wind Ion Detectors,SWIDs),进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子(质子、电子和重离子)能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明:太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1~2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明:能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于1011 cm-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风"拾起"离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。 展开更多
关键词 嫦娥1号 嫦娥2号 太阳高能粒子探测器 太阳风离子探测器 月球
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自主火星探测高集成离子与中性粒子分析仪 被引量:6
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作者 孔令高 张爱兵 +4 位作者 田峥 郑香脂 王文静 刘勇 丁建京 《深空探测学报》 2019年第2期142-149,共8页
小型化、高集成化是深空探测载荷发展的主要趋势。在我国自主火星探测计划中,设计了一种高集成化的火星离子与中性粒子分析仪。采用从传感器到电子学进行最大限度共用的设计思路,在一台仪器中实现对离子和能量中性原子进行能量、方向和... 小型化、高集成化是深空探测载荷发展的主要趋势。在我国自主火星探测计划中,设计了一种高集成化的火星离子与中性粒子分析仪。采用从传感器到电子学进行最大限度共用的设计思路,在一台仪器中实现对离子和能量中性原子进行能量、方向和成分的探测,大大降低了仪器对卫星平台的资源需求。仪器采取静电分析进行离子的方向和能量测量、采取飞行时间方法进行离子成分的测量。中性原子采用电离板电离成带电离子,后端的能量测量和成分测量与离子相同。鉴定件样机已经完成了初步的测试定标,结果表明其满足设计要求。 展开更多
关键词 高集成化 火星 离子 能量中性原子 分析仪
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自主火星离子与中性粒子分析仪数据压缩算法设计
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作者 郑香脂 张爱兵 +5 位作者 孔令高 WIESER Martin KALLA Leif 仇通胜 王文静 田峥 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期129-136,共8页
火星离子与中性粒子分析仪共设计10种在轨探测模式,不同探测模式下数据率不同,多种探测模式下数据量远超出最大下行数据率的限制。为降低数据率,利用仪器内部FPGA有限的资源对压缩处理方法进行了详细设计。通过分析仪器数据特点,火星离... 火星离子与中性粒子分析仪共设计10种在轨探测模式,不同探测模式下数据率不同,多种探测模式下数据量远超出最大下行数据率的限制。为降低数据率,利用仪器内部FPGA有限的资源对压缩处理方法进行了详细设计。通过分析仪器数据特点,火星离子与中性粒子分析仪压缩算法采用合并处理、对数压缩和无损压缩三种压缩算法组合。对于每种探测模式,FPGA程序可根据压缩标志选择相应压缩算法,实现三种压缩算法串行使用,或选择其中一种或两种算法。并且压缩标志可通过注入指令改写,实现在轨时根据需求灵活配置。合并处理压缩比为2或4,对数压缩的压缩比为2,无损压缩效率与样本数据间的相关性有关。在此基础上,利用等离子体定标测试系统完成了地面测试。测试结果表明,各探测模式下科学数据经过压缩后数据率满足任务指标要求。 展开更多
关键词 火星探测 离子 中性粒子 数据合并 对数压缩 无损压缩
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嫦娥四号能量中性原子观测揭示太阳风与月面相互作用新特征 被引量:3
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作者 谢良海 张爱兵 +10 位作者 李磊 王慧姿 史全岐 张江 王文静 WEISER Martin 张艺腾 孔令高 冯永勇 周斌 王劲东 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期11-24,共14页
与地球不同,月球暴露在太阳风中。太阳风注入到月面,与月壤相互作用,部分太阳风质子以能量中性原子(Energetic Neutral Atom, ENA)的形式被月表散射。另外,月球局部地区的磁异常能阻挡太阳风到达月面,并形成微磁层,成为月面天然的保护... 与地球不同,月球暴露在太阳风中。太阳风注入到月面,与月壤相互作用,部分太阳风质子以能量中性原子(Energetic Neutral Atom, ENA)的形式被月表散射。另外,月球局部地区的磁异常能阻挡太阳风到达月面,并形成微磁层,成为月面天然的保护屏障。然而以往相关的观测数据都来自轨道器,月面的真实情况无从知晓。嫦娥四号任务搭载的中性原子探测仪首次在月面就位测量ENA,为研究月面和太阳风相互作用提供了新的视角。本文综述了嫦娥四号的ENA探测,重点介绍了一些不同于以往遥感观测的新现象,包括月面ENA反射率较高,ENA通量向低能段聚集,以及除了氢ENA还有其他重成分ENA等。分析上游太阳风观测数据发现,月面对太阳风的作用主要体现在105~523 eV能量段,且在磁异常下游时ENA通量整体偏低。利用全球Hall MHD数值模拟,证明了微磁层是造成ENA通量降低的原因。同时,还发现月球微磁层的形成与太阳风动压以及离子惯性长度有关,微磁层内的静电场使得太阳风减速和偏转,对应的电势差为50~260 V。 展开更多
关键词 太阳风–月面相互作用 能量中性原子 微磁层 嫦娥四号
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星载高层大气风场原位探测技术与测试分析
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作者 王馨悦 杜丹 +4 位作者 张爱兵 刘超 孔令高 田峥 郑香脂 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1104-1112,共9页
采用平板型碳纳米管冷阴极作为电子发射体,基于电子发射材料的性能与几何特征,设计了以直流电子枪为结构基础的均匀场离子源,在栅极和阳极间设计聚焦极,阳极与电离区之间增加双层屏蔽栅网形成电场,对离子和电子产生区进行有效分离,确保... 采用平板型碳纳米管冷阴极作为电子发射体,基于电子发射材料的性能与几何特征,设计了以直流电子枪为结构基础的均匀场离子源,在栅极和阳极间设计聚焦极,阳极与电离区之间增加双层屏蔽栅网形成电场,对离子和电子产生区进行有效分离,确保出射电子束的能量单一且方向一致,并结合具有较高速度分辨率的阻滞势速度分析器,研制了可获取高精度中性风速的星载高层大气风场原位探测仪(SSTNWI)。仿真计算和对实物的测试分析表明,风速测量误差在平均风速100 m/s时仅为10%左右,高于“通信/导航中断预报系统”卫星(C/NOFS)的轨道风传感器,中性风速测不准引起的轨道预报误差可下降到优于1.0%,未来有望应用于火星等行星和地球卫星的大气探测任务。 展开更多
关键词 轨道风 高层大气 中性风 原位探测 风场探测
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一种外日球层拾起离子探测器的设计与仿真
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作者 高天丰 孔令高 +1 位作者 苏斌 张爱兵 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期367-377,共11页
针对外日球层低速、低密度、低温的拾起离子(PUIs)的高分辨探测需求,以带顶盖超环面静电分析器、阻滞势分析器和线性场飞行时间系统为基础设计了一种新型高分辨拾起离子探测器。经过有限元仿真分析,探测器可实现离子(氢)的速度范围15.7~... 针对外日球层低速、低密度、低温的拾起离子(PUIs)的高分辨探测需求,以带顶盖超环面静电分析器、阻滞势分析器和线性场飞行时间系统为基础设计了一种新型高分辨拾起离子探测器。经过有限元仿真分析,探测器可实现离子(氢)的速度范围15.7~1072.2 km/s,密度范围0.0001~100 cm^(-3),温度高于474.9 K的探测,同时可实现典型拾起离子(氢、氦、碳、氮、氧、氖)的成分分辨,质谱分辨率(M/ΔM)大于40。 展开更多
关键词 外日球层 拾起离子 静电分析器 线性场飞行时间系统 数值仿真
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行星等离子体探测技术 被引量:3
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作者 孔令高 苏斌 +2 位作者 关燚炳 白伟华 张爱兵 《地球与行星物理论评》 2021年第5期459-472,共14页
等离子体是行星空间环境的基本要素之一.行星等离子体环境与行星的磁场环境和大气环境密切相关.等离子体环境探测有助于了解行星环境的演化历史和机制.行星等离子体探测经过几十年的发展,技术发展相对成熟,形成了以原位和遥感探测相结... 等离子体是行星空间环境的基本要素之一.行星等离子体环境与行星的磁场环境和大气环境密切相关.等离子体环境探测有助于了解行星环境的演化历史和机制.行星等离子体探测经过几十年的发展,技术发展相对成熟,形成了以原位和遥感探测相结合的局面,大大提升了人类对行星环境的认知.原位探测以静电分析技术和磁场分析为主,遥感探测以无线电遥感为主.本文结合典型行星探测计划的等离子体探测载荷,介绍了行星等离子体探测技术的发展现状,总结了行星等离子体探测技术未来发展趋势. 展开更多
关键词 行星 等离子体 原位探测 遥感探测
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太阳系边际探测任务的科学载荷配置研究 被引量:1
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作者 张爱兵 李晖 +7 位作者 孔令高 张珅毅 付利平 薛洪波 杨建峰 何志平 王玲华 李延伟 《深空探测学报(中英文)》 2020年第6期545-553,共9页
针对我国目前正在论证的太阳系边际探测任务的科学目标,提出了科学载荷配置建议,包括场、粒子和光学3大类共10台载荷,给出了载荷的性能指标需求及重量和功耗等工程需求。各载荷的方案兼顾指标先进性和研制周期紧迫性,集中了国内多个单... 针对我国目前正在论证的太阳系边际探测任务的科学目标,提出了科学载荷配置建议,包括场、粒子和光学3大类共10台载荷,给出了载荷的性能指标需求及重量和功耗等工程需求。各载荷的方案兼顾指标先进性和研制周期紧迫性,集中了国内多个单位的技术优势,具有较好的技术基础和继承性。针对该超远距离探测任务,提出了载荷小型化和低功耗、高可靠和长寿命、科学数据处理和压缩等共性关键技术及初步解决方案。载荷配置主要立足国内,同时结合已有的国际合作基础,国际合作将会发挥更大作用。 展开更多
关键词 太阳系边际探测 科学载荷 载荷小型化
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电磁监测试验卫星离子漂移计定标实验研究
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作者 郑香脂 张爱兵 +5 位作者 关燚炳 刘超 田峥 孔令高 王文静 丁建京 《空间科学学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期729-737,共9页
离子漂移计用于探测离子垂直轨道方向的漂移速度.离子漂移计的定标实验包括电子学定标和等离子体环境定标.通过对自行研制的电磁监测试验卫星离子漂移计的电子学定标方法研究,测试得到离子漂移计的噪声、电流测量范围、增益和修正系数... 离子漂移计用于探测离子垂直轨道方向的漂移速度.离子漂移计的定标实验包括电子学定标和等离子体环境定标.通过对自行研制的电磁监测试验卫星离子漂移计的电子学定标方法研究,测试得到离子漂移计的噪声、电流测量范围、增益和修正系数以及温漂等电子学定标参数.测试结果表明,离子漂移计的电子学性能优于设计要求,满足科学探测需求.此外,借助于意大利INAF-IAPS等离子体测试实验设备模拟电离层等离子体环境,对离子漂移计的等离子体环境定标问题进行了分析研究.等离子体环境下的测试结果表明,该离子漂移计在特征点处测量结果满足仪器指标要求,能够正确探测离子横向速度,且其相对精度满足设计要求. 展开更多
关键词 等离子体分析仪 离子漂移计 定标实验 电磁监测试验卫星 离子漂移速度
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火星磁鞘区反射拾起氧离子事件分析
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作者 常克文 郭建鹏 +4 位作者 何林峡 林海博 雷桓 陈艳 孔令高 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4840-4849,共10页
火星逃逸层中性成分经光致电离、电荷交换和电子碰撞产生新生离子,新生离子随即被太阳风和火星磁鞘电磁场拾起,称为“拾起”离子.已有观测表明拾起氧离子(O^(+))在朝向火星沉降途中会被反射,但发生反射的空间位置和反射机制尚不十分明确... 火星逃逸层中性成分经光致电离、电荷交换和电子碰撞产生新生离子,新生离子随即被太阳风和火星磁鞘电磁场拾起,称为“拾起”离子.已有观测表明拾起氧离子(O^(+))在朝向火星沉降途中会被反射,但发生反射的空间位置和反射机制尚不十分明确.若反射离子持续进入探测器,将为我们追踪反射发生的空间位置提供重要机遇.本文将报道这样一个观测实例,2016年9月25日04∶18∶30—04∶24∶54 UT期间,火星大气和挥发物演化任务(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN,MAVEN)运行在-E半球(对流电场E指向火星)的磁鞘区,轨道高度逐渐降低,持续观测到背离火星运动的O^(+)(10^(3)~10^(4)eV)束流,即正在反射的拾起O^(+).反射拾起O^(+)大致可分为两部分:相空间密度较高、能量较低的部分是由磁鞘拾起O^(+)被反射后形成;相空间密度较低、能量较高的部分则源于太阳风拾起O^(+)发生反射后形成.我们推断反射发生在感应磁层边界附近的强磁场区域. 展开更多
关键词 火星 拾起离子 离子反射 MAVEN
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热离子质谱分析仪的研制及定标 被引量:1
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作者 孔令高 张爱兵 +7 位作者 郑香脂 刘勇 安雅雅 梁金宝 孙越强 朱光武 史春燕 申冬梅 《空间科学学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期585-592,共8页
热离子质谱分析是空间等离子体探测的核心技术之一.热离子质谱分析仪采用了半球形静电分析器结合基于碳膜的飞行时间系统方案,是目前应用最广泛、最成熟的空间热离子质谱分析技术.热离子质谱分析仪解决了三项关键技术,即5 mV高分辨扫描... 热离子质谱分析是空间等离子体探测的核心技术之一.热离子质谱分析仪采用了半球形静电分析器结合基于碳膜的飞行时间系统方案,是目前应用最广泛、最成熟的空间热离子质谱分析技术.热离子质谱分析仪解决了三项关键技术,即5 mV高分辨扫描高压,10~20nm超薄碳膜处理以及30kV超高加速电压.分析仪原理样机在瑞士伯尔尼大学完成了定标试验,实现指标参数如下:能量范围为0.499eV^29.94keV,能量分辨率为10.5%;能够实现离子成分H^+,He^+,O^+的分辨;视场范围为360°×8.4°,角度分辨率为22.5°×8.4°.基于热离子质谱分析仪的研制基础,可以进一步开发出更高质谱分辨、更大探测视场以及小型化的等离子体探测载荷. 展开更多
关键词 热离子 质谱分析仪 静电分析器 飞行时间
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