中国科学院征集空间科学(三期)卫星工程候选项目

2022年7月1日,SpaceNew网站基于Chinese Journal of Space Science上最新发表的论文,对中国科学院“新地平线计划”(SPPⅢ)空间科学任务选进行了专题报道。“新地平线计划”于2021年7月启动,围绕极端宇宙、时空涟漪、日地全景和宜居行星等四大科学主题开展前沿探索和研究.

大力发展空间科学 推动我国空间活动高质量发展

2023年2月21日,习近平总书记在主持二十届中共中央政治局第三次集体学习时强调:加强基础研究,是实现高水平科技自立自强的迫切要求,是建设世界科技强国的必由之路。加强基础研究,提升科技创新策源能力,不仅将从根本上加强我国的自主创新能力,还将在建设世界科技强国方面发挥战略性、长期性、基础性的重要作用。

中国科学院提出通用星际中继通信卫星星座的任务概念

2018年9月13日,中国科学院国家空间科学中心杨震在第三十一届全国空间探测学术研讨会上作了题为“一种通用星际中继通信卫星星座”的大会报告,介绍了在地球与火星之间的日心轨道上部署6颗卫星组成激光中继通信与导航卫星星座,面向私有企业和中小国家用户需求,为金星到小行星带乃至木星轨道范围内各类深空飞行器提供完整覆盖的商业化测控通信导航服务的任务构想和总体方案。该任务概念由中国科学院国家空间科学中心原创提出,具有自主知识产权。

用于空间科学研究的基于磁阻传感器的矢量磁强计

提出一种用于空间科学研究的基于低资源消耗各项异性磁阻传感器的矢量磁强计。该矢量磁强计的探测范围为±65000 nT,–3 dB带宽为DC~10 Hz的磁场波,噪声功率谱密度≤0.2 nT/Hz^(1/2)@1 Hz,非线性误差≤3.6‱,非正交性误差≤1.2‱。该磁强计搭载运行于太阳同步轨道的风云三号气象卫星(FY-3E),在轨初步探测结果表明,该磁强计具备探测空间磁场扰动(例如极光椭圆区的场向电流(20~60 nT))的能力。

空间环境科学数据安全分级概念框架研究

建立多维度、全面覆盖空间环境数据资源特性的安全分级概念框架,形成领域数据安全分级规则,是落实国家数据安全法要求,开展细粒度的领域数据安全分级管理工作的必要前提。空间环境科学数据资源具有多来源、多类型、多时空分辨率、多模态等特点,国家空间科学数据中心为满足流通共享、学科应用与安全管理等多方面的需求,通过个案研究法、定性分析法对其他行业领域数据安全分级标准的级别划分方法与不同级别数据资源特征进行梳理分析。研究形成基于领域和数据资源特点组和后逆向分析数据遭到破坏后对不同影响对象的影响程度,并将影响程度映射到数据安全分级规则后确定安全级别的逻辑主线,构建了能够适用于各类空间环境科学数据的安全分级概念框架。空间环境科学数据安全分级概念框架提出了领域数据分类基础上识别数据特征识别的方法,给出了依据保密性、完整性、可获取性和真实性的安全影响评估的方法和数据安全分级规则参考框架,为空间环境领域数据安全分级管理的落地实施提供依据,为领域重要数据目录的形成提供支撑。

统筹空间科学、空间技术、空间应用协调发展的思考

我国航天事业因历史原因和投入限制,在初期以空间技术、空间应用为主,对空间科学重视不足,空间科学、空间技术、空间应用基本上是独立发展的;着眼新时期航天强国建设,需要将空间技术的发展深度融合到空间科学、空间应用中去,从而创造新的机遇和成就。本文剖析了空间科学、空间技术、空间应用的基本内涵并明确三者的相互关系,在系统分析国际空间科学、空间技术、空间应用的整体态势,细致梳理我国相关领域发展情况的基础上,论证了统筹我国空间科学、空间技术、空间应用协调发展的必要性,凝练了三者协调发展面临的主要问题。空间科学、空间技术、空间应用之间既有需求交叉,又可互促带动,应在规划、部署、实施的全过程中进行统筹考虑:发挥新型举国体制优势,在统一管理下做好顶层规划;坚持创新驱动发展战略,以技术进步抢占国际航天制高点;支持空间领域基础研究,培育高水平的科学家和工程师队伍;加强资源统筹协调,促进空间应用数据的合理开放和充分利用。

中国空间科学任务概念建议征集完成

针对宇宙演化、物质结构、生命起源等重大科学问题,为进一步释放我国科学家的创新潜能,持续实现基础前沿科学研究的原创突破,中国科学院决定,在成功实施空间科学先导专项的基础上,面向全国征集未来空间科学任务概念建议。一、征集活动得到全国空间科学相关机构的积极响应2016年12月1日中国科学院国家空间科学中心启动了面向全国的空间科学任务概念建议征集工作,引起我国空间科技界人士、主流媒体和社会公众的广泛关注。

基于集成学习的空间科学卫星工作模式识别

针对空间科学卫星遥测参数数据量大且特征维度高、需要消耗大量人力资源预先设置海量阈值、预先设置的阈值可能不再适用、现有监测手段可扩展性低等问题,提出了一种基于集成学习的空间科学卫星工作模式识别方法。该方法采用相关系数统计特性和互信息理论对遥测参数数据进行筛选降维,使用数据重采样技术解决数据集中存在的类别不平衡问题,构建集成学习模型,实现空间科学卫星工作模式的识别。借助某型号科学卫星真实遥测参数数据对该方法进行验证,在短时内便可构建完成算法模型,模型对整体类别的识别正确率高达99.67%,可正确识别多数类样本和少数类样本,为地面运控人员判断空间科学卫星工作模式提供了决策依据。

基于Flink的空间科学卫星数据实时处理方法

为满足地面数据处理系统高吞吐率、低延迟地处理空间科学卫星下行数据的需求,提出一种基于流式计算的空间科学卫星下行数据实时处理方法。方法借助消息中间件Kafka的分区实现数据分流,分流后的数据依次流入Flink集群中的并行单元实现并行处理。使用GECAM空间科学卫星下行数据进行仿真,结果表明,上述方法具有较高的吞吐率和较低的延迟,并且可以通过扩展服务器数量实现更高吞吐率和更低延迟,满足空间科学卫星下行数据的高速实时处理需求。

科学数据网络:概念、系统与应用

【应用背景】科学数据具有分散化、差异化、孤岛化等典型特征,构建可打破各种孤岛、有效整合分布式科学数据资源的基础设施具有重要意义。【方法】本文梳理了国内外类网络科学数据平台、技术与系统的进展,阐明了科学数据网络的概念、特征、功能与关键技术,并针对新型科研范式下科学数据的协作利用需求,提出并设计了科学数据协作网络RDCN。【结论】科学数据网络可有效改善科学数据的分散化、差异化、孤岛化问题,RDCN在生物多样性研究、生态系统野外台站观测研究、多信使天文学研究等融合科学协作场景中将发挥重大的作用。

NASA 2017预算授权法案对推动中国空间科学发展的启示

2017年3月21日,美国总统特朗普签署《美国国家航空航天局（NASA）过渡授权法案》。该法案支持NASA 2017年资助计划,并将NASA原申请的190亿美元预算增至195亿美元。特朗普表示,这项法案将支持人类空间探索和空间科技发展,重申了对美国国家航空航天局核心使命的承诺,以便让美国准备再次在太空领域领先,向着太空飞行光明的新未来进发。

基于流式计算的空间科学卫星数据实时处理

针对空间科学卫星探测数据的实时处理要求越来越高的问题,提出一种基于流计算框架的空间科学卫星数据实时处理方法。首先,根据空间科学卫星数据处理特点对数据流进行抽象分析;然后,对各处理单元的输入输出数据结构进行重新定义;最后,基于流计算框架Storm设计数据流处理并行结构,以适应大规模数据并行处理和分布式计算的要求。对应用该方法开发的空间科学卫星数据处理系统进行测试分析,测试结果显示,在相同条件下数据处理时间比原有系统缩短了一半;数据局部性策略比轮询策略具有更高的吞吐率,数据元组吞吐率平均提高29%。可见采用流式计算框架能够大幅缩短数据处理延迟,提高空间科学卫星数据处理系统的实时性。

小行星防御试验任务科学目标设计与有效载荷配置

针对中国首次近地小行星防御在轨验证任务,将对近地小行星撞击地球潜在风险进行防御性处置演示验证,设计并提出小行星防御在轨验证的科学目标及其具体的科学探测任务,开展科学有效载荷需求分析,提出有效载荷配置方案及探测任务要求,为未来实施小行星防御任务提供决策依据。

大数据时代空间科学领域的科研信息化实践与成果

随着人类对空间探索的拓展以及对空间认知的加深,空间科学探测大工程任务相继推进、实施,催生了空间科学领域大数据时代的到来。描述了国外空间科学科研信息环境建设的情况,重点介绍了中国空间科学数据中心在科研信息化项目中建设的大数据应用环境——空间科学虚拟观测台(VSSO)和云环境中的空间科学综合应用平台——日地空间系统研究网络(STAR-Network)所具备的服务功能以及其取得的服务成效。

空间科学实验通用地面检测系统研制

分析了地面检测设备在空间有效载荷研制过程中的作用,提出一种用于对多种空间微重力科学实验设备(载荷)进行地面测试的通用地面检测设备设计方法.通过载荷特性分析,对载荷中的控制对象进行分类.针对不同控制对象使用不同的操作进行控制.将载荷实验过程分解为一系列固定时刻执行的操作,通过配置静态配置表、动作配置表和动态配置表,实现对载荷实验过程的控制.地面检测设备由计算机、电源和RS422通信接口构成.针对不同载荷,使用规格一致的电缆和通信接口,保证地面监测设备的通用性.地面检测设备配合多功能炉、骨髓培养箱、辐射基因箱、煤燃烧箱、蒸发对流箱、导线特性箱及胶体材料箱7台载荷开展研制工作,在各载荷试验参数确定、空间试验流程确定、设备性能测试、环境模拟实验、电磁兼容实验、地面匹配实验以及载荷设备验收等过程中发挥了重要作用.

空间科学卫星对天覆盖三维可视化

为了将空间科学卫星对天观测情况进行可视化表达,首先构建天球并分别采用经纬网格和HEALPix编码的方式对天球进行剖分编码,然后提出一种剖分-映射的三维天球可视化表达方法。该方法根据编码号采用纹理坐标映射的方式绘制卫星对天球的观测效果,可以根据不同的编码层级产生不同大小的纹理,自适应地绘制各个编码层级的天球覆盖情况,在不增加顶点数目的条件下实时表达卫星对天观测的可视化效果。最后,以硬X射线卫星的仿真数据和2015年12月发射的暗物质卫星的实际运行数据为例,分析了所提出的方法在空间科学卫星实际探测中的应用。

空间科学卫星工程项目进度及风险分析——基于蒙特卡洛模拟仿真

通过Crystal Ball软件对空间科学卫星工程项目进度进行蒙特卡洛模拟仿真模拟,预测工程项目完成的时间,并进行敏感度分析,识别出整个研制项目过程中的风险主要存在的阶段。研究表明,蒙特卡洛模拟仿真方法是一种适用于空间卫星工程项目进度管理以及风险识别分析的便捷方法;要注重加强对空间科学卫星工程项目立项论证阶段以及正样研制阶段的风险管理。此方法对空间科学卫星工程项目的进度以及风险管理具有一定的决策依据。

中国空间站轨道大气密度原位实测值与业务模型的对比分析

为修正和建立空间站特有的大气经验模型,降低其预测误差,利用2022-2023年期间中国空间站大气密度原位实测值与业务模型值,包括NRLMSISE00模型、JB2008模型,对比分析3种数据集在不同空间环境下的响应差异。结果表明:NRLMSISE00模型值与实测值相当,日均值比实测值高出约3.4%,而JB2008模型日均值比实测值低27.4%,尤其在2023年夏季,实测值为JB2008模型值4~5倍;相比于JB2008模型,NRLMSISE00模型与实测值的相关性更强;3种数据集与太阳辐射指数的相关性R_(NRLMSISE00)≈R_(Observed)>R_(JB2008),而不同太阳辐射指数的相关性R_(S10)>R_(Y10)>R_(M10)>R_(F10);对于不同等级地磁活动的响应,平静期间NRLMSISE00模型值相对于原位实测值差异主要集中在太阳日照区域,最大差约为16%,JB2008模型值在太阳日照区域比实测值低约25%,在太阳阴影区域低至40%;在中强磁暴期间,NRLMSISE00模型值相对原位实测值的差异能达到50%,JB2008模型值在日侧赤道区域、在阴影区比实测值分别高30%、低60%,表明JB2008模型在中强磁暴期间的地方时响应存在明显差异。综合分析比较结果,在空间站轨道高度NRLMSISE00模型优于JB2008模型。分析结果可为业务模型的修正和使用奠定研究基础。

行星科学研究中热发射光谱的实验测量与定标方法

准确的物质组成信息是解译行星体形成与演化历史的关键,可见–近红外遥感光谱探测一直是获取行星表面成分的主要技术手段.在热红外谱段光谱特征更为丰富,因此随着探测技术的发展,其在行星探测中得到越来越多的应用.尤其是在目前已经实施与立项的国内外小行星探测任务中,都将热发射光谱仪作为核心载荷之一.为了更好地对将来获取的热发射光谱数据进行解译,建立科学合理的数据处理与定标方案是必不可少的.本文对用于行星科学研究的热发射光谱测量装置的设计、测量及数据处理方法进行了系统分析.针对低温、真空条件下热发射测量过程中样品辐射信号与仪器辐射信号难以分离的问题,提出并论证了基于傅里叶变换红外光谱仪原始测量信号–干涉图的数据处理方法.该方法可以更为有效地分离出样品实际辐射信号,从而获得更为准确的发射率光谱数据.研究结果可为国内相关热发射测量装置的设计与搭建以及未来天问二号等探测数据的处理与科学解译提供参考.

中国空间地球科学发展现状及未来策略

空间地球科学是以空间对地观测为主要信息获取手段,研究地球系统的各圈层及之间的相互作用、过程与演变,对地球进行系统研究的综合性交叉学科.为纪念空间科学学会成立40周年,本文系统回顾了中国空间地球科学的发展历程,分析当前面临的机遇与挑战,进而提出中国空间地球科学未来发展的建议.