空间碎片激光测距探测能力分析

针对利用激光测距技术探测空间碎片这一新的发展趋势,基于国内外现状和未来探测的需求,首先对空间碎片激光测距的探测成功率进行了理论计算;其次计算分析了望远镜口径大小、激光器单脉冲能量及重复频率与可探测空间碎片大小及探测距离之间的关系。研究结果表明,采用大功率激光器与大口径望远镜可有效地提高空间碎片的探测能力。为满足探测微小空间碎片(尺寸在20 cm左右)的需要,建议采用能量在2 J~3 J之间、重复频率为100 Hz的激光器和口径1.2 m以上的望远镜。     

空间碎片地基雷达探测综述

分析了空间碎片地基雷达探测的必要性和现实意义,介绍了国外有代表性的地基雷达工作概况,在此基础上,给出了描述空间碎片的轨道参量和物理参量,并对空间碎片地基雷达探测所需的关键技术进行了探讨。     

GEO暗弱空间碎片目标搜索策略分析

在地球同步轨道特征的基础上,介绍了地球同步轨道空间碎片的运动特征。针对地球同步轨道暗弱空间碎片进行观测的搜索方案,考虑目标的预报误差以及视场的大小,用数学方法分别计算了同心圆搜索与爬楼梯搜索的成功概率,并由计算结果分析了两者的特征,认为在一般情况下,同心圆搜索方案具有更高的搜索效率。     

GEO空间碎片光度测量标定方法的研究

基于GEO卫星、太阳和观测站的空间几何关系,建立了消除太阳赤纬角对地球同步轨道( Geostationary Orbit,GEO)卫星光学特性的影响的方法.以三轴稳定GEO盒状卫星缩比模型为研究样本,在不同太阳赤纬角下进行仿真实验光度测量,研究太阳赤纬角和相位角的空间几何关系,得出消除太阳赤纬角对其辐亮度值以及以相位角...     

面向空间碎片观测的望远镜指向误差校正方法

空间碎片光学观测图像的处理过程中,受望远镜指向误差影响,背景恒星易出现错误匹配或无法匹配的情况,给底片模型的计算与目标的精密定位带来困难.从空间碎片观测图像的特点出发,提出了一种基于特征恒星的多邻域迭代匹配法.实测数据的试验结果表明,该方法消除了望远镜跟踪误差带来的影响,大幅提高了背景星图匹配的效率与正确率,且时间开销较少,有利于数据的实时处理.     

基于先验信息的空间碎片探测方法

提出了一种基于先验信息的空间碎片图像探测方法.该方法通过先验信息,在图像中碎片星像的邻域设置波门,计算波门内的局部背景阈值,辅以相关的判据识别目标.随后使用矩方法计算碎片质心相对波门中心的偏离值,通过线性平移计算碎片质心在整幅图像中的位置.实验表明:该方法复杂度低、便于实现、实时性好,可以高效、准确地探测空间碎片,比较精确地确定碎片的质心位置.     

空间碎片天基光电光学可见条件与预报

随着航天活动的增加，产生的空间碎片也越来越多，空间环境日趋恶化，已经对人类的空间活动构成了威胁。监视测量这些空间碎片，天基光电比地基光电更为有利，而天基光电的光学可见条件与地基光电相比，有相似的，也有不同的，针对天基光电，给出了空间碎片的光学可见条件，即日光条件、地影条件、地光条件、地球背景条件、月光条件。在天基光电轨道特征、光学可见条件及天基光电坐标系已知的情况下，建立起天基光电预报方法。既可用于空间碎片预报，也可以用于空间碎片的轨道识别。     

基于调频广播信号的空间碎片探测方法

空间碎片对人造卫星和飞船的威胁日益增长.为了保持一个安全的空间环境,需要寻找成本低而又准确的空间天体探测和追踪方法.前些年,使用射电望远镜作为被动雷达,探测空间碎片反射的调频广播信号的可能性已经被讨论过,并且月球和国际空间站反射的信号已经被默奇森大视场射电阵(MWA)探测到.介绍MWA探测到的卫星反射广播信号事件,论证MWA有能力探测600 km高度处0.1 m量级大小的空间碎片,位置误差在10 km左右.     

空间碎片观测精度分析

文章分别用内符合精度和外符合精度两种精度指标对云南天文台SBG望远镜的观测数据进行判定，确定了其观测精度。得到高轨空间碎片的观测精度约为2″，和低轨空间碎片的观测精度约为7″，并对观测误差的来源作了一些初步的分析。     

特定区域内空间碎片仿真分析

针对载人航天的典型区域,利用目前流行的空间碎片模型对空间碎片分布进行了初步仿真,得到了一些定量的仿真结果,并对其进行了初步的分析;得到以下初步结论:400 km高度、倾角为40°～50°区域内,飞行器每年遭遇分米至米级尺度的空间碎片的概率为千万分之一量级;每年遭遇厘米级尺度的空间碎片的概率为百万分之一量级;每年遭遇毫米级尺度的空间碎片的概率为百分之四左右;每年遭遇0.1 mm级尺度的空间碎片约2次;每年遭遇0.01 mm级尺度的空间碎片约550～600次。可供相关工程应用部门参考。     

大椭圆空间碎片轨道寿命分析

日月摄动是影响大椭圆空间碎片轨道变化的主要动力学因素.本文推导出了日月摄动引起的大椭圆轨道近地点高度长周期项的分析表达式,对日月摄动引起的近地点变化基本特征进行了分析,并根据这种轨道变化特点给出了有利于空间碎片减缓的发射窗口选择方法,通过仿真计算验证了该选择方法的正确性.     

1m红外太阳望远镜光电导行系统的反馈控制分析

我国正在研制中的1m红外太阳望远镜是目前国内唯一的地平式真空太阳塔,主要用于活动区磁场的精细光谱分析和太阳活动区磁场的时空精细结构研究.要求望远镜必须长时间高精度跟踪太阳(0.3"/30s、1"/10min)才能实现它的科学目标.光电导行是实现望远镜高精度跟踪观测目标的关键控制技术,通过检测观测目标像在图像传感器上的移动量作为反馈控制信号对望远镜实行闭环控制.首先建立了光电导行系统的控制系统模型,然后分析了系统的稳定性能、暂态性能、时域特性、频域特性及跟踪性能,并采用PID控制器对系统进行优化设计,以提高光电导行反馈控制系统的稳定性和跟踪精度.通过计算机仿真设计,采用PID控制算法能实现1m红外太阳望远镜的跟踪要求.     

有限元分析技术在空间太阳望远镜结构设计中的应用

有限元分析技术是现代工程领域中进行结构分析的一种数值方法，已经广泛应用于天文仪器设计。它可使设计者了解被设计对象相应的特性，发现强度或刚度等方面的薄弱点，从而改进和优化设计。以空间太阳望远镜主桁架和主镜室的设计为例，从几何建模、单元划分入手，对静力学分析、模态分析、动态响应和热分析等各方面在空间太阳望远镜设计中的应用进行了阐述；分析了有限元分析存在的误差、产生的原因以及如何减少误差；叙述了有限元分析技术应用于天文仪器尤其是空间天文仪器的发展趋势。     

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。     

用陕西天文台流星雷达监测人为空间碎片可能性的分析

本文分析了利用中国科学院陕西天文台的流星雷达进行人为空间碎片监测的可能性．详细计算了到达接收机的回波的信噪比Ｓ／Ｎ依赖于目标散射横截面。和高度距离Ｒ的关系。理论计算表明，利用陕西天文台的流星雷达完全有可能监测在２００ｋｍ至１２００ｋｍ的高度范围内，半径大于０．５ｍ的人为空间碎片．     

用陕西天文台流星雷达监测人为空间碎片可能性的分析

本文分析了利用中国科学院陕西天文台的流星雷达进行人为间空碎片监测的可能性。详细计算了到达接收机的回波的信噪比Ｓ／Ｎ依赖于目标散射截面σ和高度距离Ｒ的关系。理论计算表明，利用陕西天文台的流星雷达完全有可能监测在２００ｋｍ至１２００ｋｍ的高度范围内，半径大于０。５ｍ的人为空间碎片。     

快速射电暴光学对应体在中国未来大视场望远镜中的可探测性分析

快速射电暴是近年来发展最快的天文学科之一. 理论上, 快速射电暴可能存在毫秒到小时时标的光学\lk对应体. 快速射电暴光学对应体有可能在中国未来大视场望远镜中探测到, 例如: 中国空间站工程巡天望远\lk镜(China Space Station Telescope, CSST)、中国科学技术大学和紫金山天文台合作的2.5m大视场巡天望远镜(Wide Field Survey Telescope, WFST)和地球2.0 (Earth 2.0, ET)等. 快速射电暴光学对应体通常分为毫秒时标光学对应体、小时时标光学对应体和光学余辉. 前两者可产生于快速射电暴的高能外延或是快速射电暴的射电辐射与高能电子的逆康普顿散射, 探测率与光学-射电流量比$\eta_\nu$关系密切. 对于毫秒时标光学对应体, 最理想情况下WFST、CSST和ET的探测率可以达到每年上百个. 当$\eta_\nu$~10^-3时, WFST、CSST的年探测率仅 为1个的量级, ET的年探测率为19.5个. 对于小时时标光学对应体, 最理想情况下超新星遗迹的年龄为5年且$\eta_\nu$约为10^-6时, 年探测率可到100以上. FRB 200428的X射线对应体表明, 快速射电暴可能产生相对论性外流并且与星际介质相互作用产生光学余辉. 结合快速射电暴的能量、在宇宙中的分布以及标准余辉模型, 可以对快速射电暴余辉的可探测性进行研究. 当总能量-射电能量比与FRB 200428类似(ζ = 10⁵)时, CSST、WFST和ET的 年探测率分别为1.3、1.0和67个.     

空间硬X射线望远镜HAPI-1及其对蟹状星云脉冲星的观测

HAPI-1是我国第一个用于空间高能天文观测的硬X射线望远镜系统,由面积145cm~2厚0.5cm的CsI(T1)主探测晶体及其下部厚5cm的NaI(T1)反符合晶体构成复合晶体探测器,采用脉冲形状甄别技术区分两种晶体的输出信号,多种物质构成的夹层式屏蔽筒和准直器使望远镜具有约4°视场角(HWHM),电子学、姿态控制和数据获取系统使望远镜具有对20—200keV能区高能光子到达时刻和能量进行空间定向观测的能力。本文介绍HAPI-1的构成和主要性能,以及1984年5月利用该望远镜在我国高空科学气球上对蟹状星云脉冲星的观测结果。     

嫦娥四号低频射电频谱仪2C数据对宇宙黑暗时代的探测能力分析

嫦娥四号着陆器搭载的低频射电频谱仪(Low Frequency Radio Spectrometer, LFRS)已成功开展观测,每月把观测数据传回地面,并且把经过一定预处理后的2C级别的频谱数据释放给科学团队。旨在评估该级别数据是否满足探测宇宙黑暗时代21 cm整体谱的要求,对生成的2C级别数据进行了长时间积分,并模拟仿真银河系前景射电辐射。通过对两套数据进行对比分析发现,2C数据减弱40～50 dB,几乎不包含银河系前景的远场辐射信号,这种大幅度的减弱进而影响了该载荷对宇宙黑暗时代的探测能力。     

膜圆顶及塔架对南极望远镜风载影响的仿真分析

为了充分利用Dome A地区绝佳的视宁度条件, 计划将南极望远镜安装在15m高的塔架上并使用轻质膜圆顶. 研究了在塔架和膜圆顶作用下风载对望远镜观测环境的影 响, 利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)分析了在10m·s^-1稳态风作用下,不同风向角、方位轴转动角以及镜筒转动角时,望远镜周围风速、湍动能的分布情况以及光程差的变化,同时研究了风屏对风速、湍动能的改善作用和带来的温升.结果表明,塔架和圆顶周围的风速与湍动能分布对风向的改变不敏感;迎风状态时望远镜附近的湍流分布与风速分布情况整体优于背风状态;当风速为10m·s^-1时,在距离风屏1m远、3m高的位置处风速降为来流风速的1/3至1/4,望远镜附近的平均温升值为0.044 K.