行星、卫星探测器用移动供电平台电源系统技术研究

在不同场景下,行星、卫星探测器用的移动供电场合有不同的供电任务需求。基于未来的任务规划框架,对行星、卫星探测器用移动供电平台电源系统任务需求进行分析研究。对行星、卫星探测器用移动供电平台电源系统提供组成方案,并对电源系统的功能、工作原理和工作模式分析,给出主要技术指标。基于方案设计和应用场景任务类型,开展两类原理样机的研制,以及对后续工作进行探讨,为接下来的工作提供思路。

利用CSST/MCI鉴别系外行星透射谱的恒星污染

中国巡天空间望远镜(Chinese Survey Space Telescope,CSST)预计对系外行星开展大气观测研究,这为系外行星观测领域提供了新的机遇.目前主要通过凌星透射谱来研究系外行星大气.然而,实际观测数据中已经发现恒星活动存在的迹象,且结果表明难以准确约束恒星活动污染.所以,如何准确区分并剔除恒星活动污染是透射光谱学的一个重大挑战.因此,在选择透射谱观测目标进行跟进观测时,需要对潜在的恒星污染及其可区分性进行定量评估,这需要大规模的仿真来提供预期数据.利用多色测光法结合机器学习来判别系外气态行星大气透射谱中是否存在潜在的恒星污染,针对CSST的多通道相机(Multi-Channel Imager,MCI)设计能准确预判透射谱是否存在恒星污染的滤光片观测组合,可为后续系外行星大气观测目标的策略制定提供一定的参考.

巨行星卫星的生命信息探寻

在浩瀚的宇宙中,我们只知道地球有生命繁衍,地球生物物种的进化出现了具有高等智慧的人类,构建了高度文明的社会。寻找地外生命是人类开展深空科学探测的出发点之一。地外生命探寻将极大丰富对生命的基本认识,也将对地球生命的起源和太阳系早期演化等重大科学问题提供新的科学论据。

行星卫星大阅兵

水星：真的有水 轨道离太阳最近的行星，表面温度可达430℃，但它真的有水--在阳光照不到的北极环形山内，有至少数十亿吨水冰。

基于CHES卫星的模拟观测与轨道反演

迄今为止,视向速度法与凌星法发现了绝大多数系外行星,天体测量法与之相比在行星轨道参数和质量确定等方面具有独特优势.近邻宜居行星巡天计划(Closeby Habitable Exoplanet Survey,CHES)拟基于微角秒级空间天体测量方法搜寻太阳系近邻(距离太阳约10 pc)的100颗类太阳型恒星周围的宜居带类地行星;开展近邻行星系统的全面普查,获取行星真实质量和三维轨道参数,建立完备的近邻系外行星数据库.基于CHES卫星的观测模式与科学目标,针对Alpha Centauri A、模拟太阳系系统、51 Peg与黑洞Cyg X-1进行了模拟观测,生成了天体测量仿真数据,使用Lomb-Scargle与贝叶斯信息准则(Bayesian information criteria,BIC)两种周期谱分析行星轨道周期信号,并采用Markov Chain Monte Carlo(MCMC)算法对行星系统进行轨道反演,获得的结果与行星初始参数吻合.进一步讨论了参考星周围存在的巨行星对于宜居行星探测的影响,利用BIC周期谱方法可识别周围可能存在行星的参考星.

太空风化对硅酸盐小行星反射光谱的影响

太空风化研究对小行星表面环境及成分遥感反演具有重要意义.目前对太空风化引起小行星光谱变化的研究结果并不统一,对硅酸盐小行星风化模式缺乏统一的认识.基于大样本研究的思路,统计了4颗普通球粒陨石(H、L和LL型)、7种硅酸盐单矿物、6组橄榄石-辉石不同比例混合物的激光辐照实验,分析辐照前后样品可见-近红外反射光谱(0.45–2.5μm)的变化,并结合小行星光谱研究太空风化对硅酸盐小行星光谱的影响.结果显示,太空风化不会引起1μm吸收中心的明显偏移,但会导致吸收面积比(2μm带面积/1μm带面积)增加.因此,使用“1μm吸收中心–吸收面积比”作图来区分陨石类型仍然有效,即太空风化对矿物学分类影响较小.在主成分分析图中, A型小行星具有几乎平行于α线的风化趋势,其余硅酸盐小行星具有“Q-Sq-S”的风化趋势.基于斯隆数字巡天数据(Sloan Digital Sky Survey dataset, SDSS)的小行星分类系统会混淆富含橄榄石小行星的分类,并可能低估A型小行星的数量.系统分析了硅酸盐小行星太空风化模式及光谱变化规律,对深入认识小行星光谱的太空风化效应以及矿物定量遥感反演具有实用价值.

活动小行星311P/PANSTARRS的动力学特性分析

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.

不同的高斯过程方法在系外行星大气透射光谱数据处理中的比较研究

凌星法是研究系外行星大气的重要方法之一.在地面上对系外行星大气进行观测时,传统凌星法通常在目标星之外同时观测一颗或多颗参考星,利用较差光谱法并结合高斯过程回归,以同步监测并线性地消除凌星光变曲线内由于地球大气和仪器效应产生的系统噪声.尝试了一种新方法,即不使用较差光谱法,而是将参考星的光变曲线作为高斯过程的相关量来探索光变曲线中的系统噪声,该方法允许在目标星光变曲线和同时记录的时间序列间进行更灵活的非线性映射,以此详尽地探索凌星信号中存在的系统噪声.更进一步,还测试了没有参考星的情况,以模拟视场中无参考星的行星系统的凌星观测.对此进行了试验和研究,将此方法应用于一次热木星WASP-69b的凌星光谱数据中.研究发现,对于WASP-69b的这次凌星数据,新方法在使用参考星时获得的白光凌星深度精度优于传统方法,获得的分光光变曲线残差普遍小于传统方法得到的残差,而在没有参考星情况下,利用已知的凌星中心时间仍可以得出可接受的结果.更多针对凌星数据的测试,可进一步验证新方法的优势和适用性.

基于无量纲的轨道参数开展卫星性质统计研究

目前已发现了285颗围绕太阳系八大行星公转的卫星,它们的轨道和物理性质呈现了丰富多样性.目前为止,几乎所有的卫星研究工作都基于单个卫星系统或者卫星群,似乎缺少统一的研究.提出了一个新的与行星性质无关、只与恒星半径有关的轨道参数n,定义为以太阳半径为单位的轨道半长轴的自然对数.不同行星的卫星的n值都存在双极分布,绝大部分卫星在n≥2区间,其次在n≤-1区间,位于中间区域的行星则很少.从卫星物理参数和轨道参数与n的关系中发现,分属六大行星的卫星有明显的共同特征.首先,轨道偏心率和轨道倾角偏大的卫星的n值都在3.5左右,它们都是巨行星的不规则卫星.其次,n值在-1和1之间的卫星绝大部分体积大、质量大、反照率高、自转速度慢.从文献中找到11颗系外卫星候选体,获得了它们轨道n值和卫星质量,发现后者也是在-1 <n<1区间最大,其他区间偏小.这些统一的规律暗示,太阳系内不同行星的卫星形成机制以及太阳系外卫星的形成机制可能一样或类似.

会“借光”的行星和卫星(科学小实验)

材料和用具两张白纸,一个纸箱,一把直尺,一卷胶带,几本书,一只手电筒。我的准备行星和卫星在天空中看起来十分明亮,比如地球的卫星月亮,但它们自己并不会发光,是在"借光"。你也许不相信,或者想知道到底是怎么回事。

基于模拟的月球氢分布图像重建方法研究

获取准确的月球水氢分布图对于水冰的探测研究和后续深空探测均具有重要的科学价值.基于中子探测器的探测原理和卫星图像降质过程,构建了以kappa函数为基础的、具备移变特性的点扩散函数,对图像进行模糊加噪后得到模拟的探测图像.重点采用最大熵算法和Richardson-Lucy算法对模拟的探测图像进行重建,以目视效果、卡方检验和真实性检验作为评价标准进行对比研究.实验结果表明,无论是低噪还是高噪下,直接重建均无法取得较为理想的重建结果.经过去噪预处理后,在卡方检验安全的前提下,从总体效果来看,重建结果均优于预处理之前的情形.其重建图像真实性检验中偏差较大的点明显减少,意味着该方法可以获得更加准确可靠的重建结果.

利用国内VLBI网跟踪大椭圆轨道卫星

2004年7月,昆明VLBI站经过改造,由上海、乌鲁木齐和昆明站组成的中国VLBI网(CVN)采用统一的MARK4格式编制器和CVN硬盘记录系统,对大椭圆轨道卫星“探测1号”的2圈轨道的共同可视弧段进行了跟踪观测．软件相关处理程序已成功地用于检测卫星遥测信号的干涉条纹和数据相关处理．采用基于条纹幅度的加权最小二乘条纹拟合方法,获得了卫星VLBI观测量及其精度估计,完成了卫星VLBI观测量的3基线闭合误差检验．应用河外射电源校准方法和多频点相位校正信号提取方法,进行了台站钟差和仪器延迟等系统误差改正．经系统差改正后的卫星VLBI观测量序列已用于“探测1号”卫星的轨道确定．

北斗三号试验卫星的钟差评估及预报

目前,在轨的5颗新一代北斗卫星(北斗三号)可同时向用户播发北斗二号信号与新的卫星信号,而且北斗三号搭载了高精度的铷钟或被动氢钟.因北斗三号的星钟作为卫星导航、定位和授时服务的主要载荷组成部分,为分析北斗三号卫星钟的时频性能,采用北斗数据处理与分析中心估计的卫星钟差产品评估北斗三号卫星钟的频率稳定度、漂移率和准确度.同时,考虑到北斗三号卫星钟精度较差且存在频繁的相位跳变以及数据中断等问题,筛选出了一种最优的钟差预报模型,即对频率数据进行建模并采用抗差估计的方法进行参数估计.实验结果显示北斗三号钟差预报精度相对传统预报模型提升1.6%–61.9%.

崛起的新行星:超级地球和亚海王星

随着观测技术的发展,发现太阳系外行星是预料之中的.然而,不曾料到的是,近几年探测发现的大多数系外行星却在太阳系中找不到一个对应的模版.它们的大小介于地球和海王星之间,被称为超级地球和亚海王星.简要地介绍这一类崛起的新行星物种,归纳和总结目前对它们的物理性质、轨道性质以及形成起源的理解.最后展望未来这方面的一些期待.

半分析方法在地球卫星100yr尺度长期预报中的性能评估

为了能够充分掌握空间目标的长期演化规律和分布情况,对它们的轨道进行长期预报是一种常用的方法.相比于几天的短期预报,长期预报更加关心计算速度以及几个主要轨道根数的精度.这里的主要根数指的是决定轨道形状的半长径a和偏心率e以及决定轨道空间指向的轨道倾角i和升交点经度?.考虑到以上这些需求,半分析方法是一种十分合适的预报手段.它首先在一个轨道周期内消除短周期项,而后用数值方法计算剩下的平均系统.虽然半分析法不是一种新方法,但几乎找不到定量评估其性能的文献.定量给出了半分析法在常用地球卫星轨道中的精度和速度,通过这些结果可以帮助了解半分析法在长期预报中的适用性.对于半分析法在一些特殊算例中的异常表现,也讨论了原因和可能的解决方法.在半分析的实现方法和精度选择上,均采用了比较通用的方法,希望结果可以为相关半分析工作提供有价值的参考.

类地行星偏振特性研究

相比于其他探测手段,行星的偏振探测能够提供更多有关行星表面以及大气的细节信息,而地球的偏振测量则有助于寻找系外类地行星以及对其大气和表面特征的鉴定.将地球看成一颗与其寄主星(太阳)可分辨但其自身圆面不可分辨的行星来研究其在太阳照射后辐射进入太空的偏振特性.采用PARASOL的670 nm(662.4 nm～677.4 nm)波段的观测结果,得到不同地表类型和云层的偏振度和反照率随散射角和相对方位角的变化,然后根据辐射偏振的Stokes参量可叠加特性,求得在90?散射角下,地球整体辐射的偏振度随自转的变化.结果发现:影响地球偏振的最大因素是海洋和云层,地球偏振度可以在18.6%到49%之间变化.由于气候变化导致的云层分布的随机性使得地球偏振度的变化具有快速多变的特点.揭示的这一特征有助于辨别系外类地行星.

基于天体测量法探测系外行星的仿真模拟与轨道求解算法

天体测量法是探测系外行星一种有效的手段,具有其他探测方法所不具备的独特优势,如可以探测到行星的3维轨道参数及确定行星的质量等,这些将为现有的行星样本提供重要补充.高精度的空间天体测量卫星Gaia(Global Astrometric Interferometer for Astrophysics)在2013年成功发射升空,可以预期未来基于其探测数据,将可能发现大量的长周期类木行星.针对αCentauri A、HD 62509和GJ 876系统,根据Gaia单次天体测量精度生成对应的仿真数据,使用Lomb-Scargle周期谱分析行星轨道周期信号,并采用Markov Chain Monte Carlo(MCMC)算法对行星系统进行轨道反演,得到的结果与行星的初始参数相吻合.

类水星系外行星偏振特性研究

通过对不可分辨水星偏振相位曲线的研究了解类水星不可分辨系外行星的偏振特性,为用偏振探测手段寻找类水星系外行星提供有力的依据.通过贝叶斯非线性拟合得到水星测光相位曲线和偏振相位曲线,进而得到不可分辨水星的偏振相位曲线.从该曲线中得出以下结果:(1)水星在不可分辨情况下在可见光波段其偏振度的量级为10^(-12);(2)垂直于散射平面和平行于散射平面的最大偏振度相当,且它们所对应的相位角相对于可分辨情况下发生了明显的改变;(3)在相位角大于158°时不可分辨水星的偏振度几乎为零.

寻找可居住的卫星世界

在这幅艺术想象图中，一颗行星正透过云层“偷窥”一颗“太阳系外的月球”。美国宇航局近日宣布，该局2009年发射升空、专门用于寻找太阳系以外的行星的“开普勒号”人造卫星，不仅将找到像地球一样的行星世界，而且将发现有可能可居住的行星卫星。