帕克太阳探测器热防护系统研究及启示

帕克太阳探测器(Parker Solar Probe,PSP)是以现代太阳风和磁重联理论的奠基人——尤金·纽曼·帕克(Eugene Newman Parker)命名的航天器,将穿过太阳的日冕层,探测人类从未探测过的区域,对日冕和太阳风的起源和动力学特征进行直接探测,有望破解日冕高温和太阳风加速度奇高这两大谜团,其热防护系统遇到的困难和挑战远超目前所有航天器。首先介绍了探测太阳的意义和帕克太阳探测器的科学目标,然后简述了帕克太阳探测器轨道和轨道热环境并指出热防护的难点。分析了帕克太阳探测器热防护系统的结构,然后详细阐述了热防护系统的热盾及迎日涂层、太阳能电池板及冷却系统设计,最后总结了帕克太阳探测器热防护系统对我国抵近太阳探测器热防护系统设计的启示。

太阳爆发抵近探测器的热防护设计方案研究

中国科学院云南天文台首次提出了太阳爆发过程及相应磁场结构抵近探测的科学项目,该项目将对太阳大气及发生在其中的剧烈活动进行前所未有的近距离测量。为项目研制的探测器近日区域运行时间将超过帕克太阳探测器(Parker Solar Probe,PSP)和太阳轨道探测器(Solar Orbiter),其热防护系统遇到的困难也远超后两者。首先分析了抵近探测器的轨道环境特点,提出了热防护的设计思路,然后给出了具体热防护系统设计、仿真和地面实验方案。初步研究显示,热防护系统的设计方案具有辐射散热好、耐高温、稳定可靠等优点。

1m红外太阳望远镜液冷系统设计

首先对1m红外太阳望远镜的冷却对象做热分析,基于分析结果和冷却对象的特殊要求,得出液冷是最适合的冷却方法,并给出了液冷系统(LCS)设计和关键部件选择。液冷系统中对各子系统添加了定性检测模块以及定性检测和PLC通信的电路设计,又对封窗LCS子系统添加了液量控制电路。实验表明该LCS设计满足YNST零冷却对象的特殊要求,设计合理,是一种可行的设计方案。

地基太阳望远镜辐射涂层的测温研究

地基太阳望远镜及周边设施在观测运行时被太阳辐射加热,发热表面加热望远镜光路附近的空气形成近表面空气湍流,进而引起像质衰减。改善近表面大气湍流的主要方法是抑制太阳望远镜及周边设施表面与空气的温差。根据辐射涂层表面与空气的温度实测,对辐射涂层抑制太阳望远镜及周边设施发热进行了可行性研究,研究表明所选的辐射涂层具有一定的抑制物体表面与空气温差的能力,辐射涂层相对水冷具有控温效果好、适用范围广等优势,可用于地基太阳望远镜及周边设施表面的温度控制。

太阳爆发抵近探测——“触碰计划”

本文旨在介绍一项具有重大科学意义和应用价值的深空探测任务构想.该任务将对驱动恒星大尺度爆发过程的中心结构(即磁重联电流片)进行抵近(原位)探测,主要目的是详细研究发生在离地球最近的恒星——太阳上的大尺度磁重联过程的精细物理特征,揭示太阳系中最为剧烈的能量释放过程(即太阳爆发或太阳风暴)的奥秘.该任务的科学目标:磁重联过程是发生在宇宙磁化等离子体中的能量转换和释放的核心过程,其一直是太阳物理、等离子体物理、空间科学研究领域内的一个极为重要的研究课题及研究方向.通过抵近观测可以将同样设备的分辨能力提高5~20倍,将提供在地球附近无法获得的太阳超清晰图像以及相应的物理信息,让人类在一个前所未有的平台上来研究、认识和了解太阳,从而解决太阳爆发核心驱动过程的精细物理性质与日冕加热等长期困扰太阳物理研究领域的难题.

基于JN5139无线ZigBee模块的地面自动气象站

由于天文观测技术的要求,需要在天文观测站建立一个气象站来对天气状况进行实时的监测。传统气象站一般采用有线数据传输,有布线复杂、安装不便等弊端。文章阐述了ZigBee技术的特点,提出了基于JN5139无线ZigBee模块的无线气象站系统的设计,并介绍了其软硬件设计。此系统很好地解决了现场布线的麻烦,且结构简单容易维护、便于以后的扩展。

基于数字位移传感器的位移测量系统

数字位移传感器位移测量系统中的数字位移传感器具有高精度、高分辨率和稳定性好的特点,并且系统中SPP转RS 232接口电路,解决上位机与位置反馈环节之间的传输距离短的问题。云台的一米红外太阳望远镜终端为了得到清晰的太阳光谱,将采用该位移测量系统。介绍系统的结构和位移传感器工作原理,阐述了数据采集部分SPP转RS 232接口电路的硬件设计和系统的软件设计,并且进行位移测量实验。实验结果表明,该位移测量结果达到了红外太阳望远镜主镜调焦的精度和实时性要求,系统将于2009年年底投入试用。

基于双线性插值的图像实时消旋系统的设计与实现

在一米红外太阳望远镜电控系统中,为了消除图像旋转对望远镜跟踪系统产生的误差,以VC++6.0作为开发工具,采用软件消旋的方法将CCD采集到的图像反向旋转相应的角度,同时利用双线性插值算法对图像进行重采样,从而达到实时消旋的目的。

1m红外太阳望远镜光电导行系统中像场旋转的分析

云南天文台1m红外太阳望远镜(YNST)光电导行系统是基于检测太阳像在面阵CMOS图像传感器上的偏移量作为反馈控制信号的高精度闭环跟踪系统[1]。由于YNST是一个地平式装置,在太阳像偏移检测量中存在着像场旋转量,为了获取稳定清晰的太阳像,必须对检测量进行消旋[2]才能达到光电导行系统的跟踪要求。根据球面天文学及天体测量学的知识并结合导行镜的光学系统,推导了光电导行系统中像场旋转的变化规律并对其进行模拟分析。

基于插值算法的图像缩放的应用研究

YNST光电导行系统采集太阳像的CCD面阵大小为2K*3K,为了适应显示区域的大小,需要对太阳像进行缩放。本文采用最邻近插值、双线性插值和双三次插值三种算法对图像的缩放进行研究并对检测结果进行比较,结果表明双线性插值和双三次插值能够较好的提高图像的清晰度和平滑度,而且在程序处理时间上并无劣势。

基于FactoryTalk View的远程故障诊断系统的应用研究

介绍了以罗克韦尔的Device Net现场总线为基础的条件下,利用Factory Talk View套件部署相应类型监控、管理系统,并介绍了整个部署的流程。同时给出了实现远程诊断的解决方案。

基于Labview的气象站软件设计

本文阐述了虚拟仪器软件开发平台Labview技术的特点,提出了基于Labview的气象站软件的设计,介绍了在Labview编程环境下利用VISA对串口数据的读取及LabSQL访问MySQL的方法,并应用此种方法于天文观测站的测试系统中,取得良好的效果。

一米新真空太阳望远镜离焦对高分辨太阳观测图像重建的影响

由于太阳辐射、环境温度等因素,太阳望远镜在一个观测日内往往有较明显的像差变化,而离焦是其中的主要像差。针对抚仙湖1 m太阳望远镜的高分辨成像观测系统,对其离焦像差及变化进行了简要分析,在此基础上模拟分析了离焦像差对图像高分辨统计重建的影响。分析结果表明,离焦像差对高分辨重建图像的相位传递函数影响不大,但对调制传递函数有明显的影响,进而造成像质衰减,应当进行补偿。

太阳闪烁仪设计

太阳闪烁仪是估测近地面大气视宁度的有效仪器。测量经过大气湍流元到达地面的太阳光的闪烁效应,可以用来估计近地面湍流元的大小,太阳闪烁仪正是基于这样的原理制作的。详细介绍了太阳闪烁仪硬件和软件构成,给出了初步的实验结果,实验表明该设计能满足估测近地面大气视宁度的要求。

太阳望远镜的倒锥导流式热光阑研制

对于大口径地基开放式太阳望远镜,热光阑温升将导致其像质劣化。尤其是,热光阑通光孔紧挨成像光束,其与环境的温度差对像质影响很大。这是中国巨型太阳望远镜(Chinese Giant Solar Telescope,CGST)计划面临的诸多问题之一。解决热光阑温控问题的具体方法是设计整体冷却效率高且在关键位置得到进一步强化的热光阑结构,以达到温控均匀的目的。本文提出倒锥导流式热光阑设计方案,该方案有利于降低通光孔位置温度,使温度极高点离开通光孔。对流换热系数和光阑温度场仿真结果证明此方案明显优于目前常用的方法。倒锥导流式热光阑的极限温升为3℃,优于GREGO的极限温升(7℃);实测温度场与仿真温度场进行对照,结果在误差范围内。结果证明导流式倒锥结构具有较好的温控效果。