针对ASO-S/HXI光栅摆放角分布的测试与分析

先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星的3大载荷之一硬X射线成像仪(Hard X-ray Imager, HXI)是一套基于傅立叶变换调制成像技术的望远镜.它利用91组不同摆放角和节距的光栅子准直器排列摆布,获得45个基于空间调制的傅立叶变换对,重建太阳耀斑源30–200 keV的硬X射线像,最高分辨率可达3.1′′.在光栅节距已经确定的前提下,它的摆放角分布仍会影响成像质量.通过对HXI仪器傅立叶分量μν分布与点扩散函数(PSF)的空间演化关系分析研究,寻求HXI光栅摆放角的最优分布.其结果将作为改进HXI仪器设计和开发相应科学分析软件的依据.     

ASO-S/FMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真

全日面矢量磁像仪(Full-disk vector MagnetoGraph, FMG)是先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)的主载荷之一,摆镜作为FMG稳像系统的重要组成部分,其力学性能是决定载荷观测指标的重要一环,需要对其进行仿真.设计了一种侧面固定的柔性支撑镜体结构,通过调整垫片厚度,可以得到由弹性压片提供的不同大小支持力.为了确定合理的支持力范围,建立3种不同参数模型,使用有限元软件对摆镜模型进行了在轨无重力环境的静力学仿真以及摆镜摆动频率为100 Hz、摆幅为±0.1 mrad时的动力学仿真,并进一步分析了地面有重力试验环境对面形的影响.仿真结果表明所设计的摆镜机构模型均满足通光口径内静态和动态的面形波峰波谷差(PeakValley, PV)小于1/10波长,面形均方根误差(Root Mean Square, RMS)小于1/40波长的光学系统要求,地面有重力环境不会对面形产生显著影响.在仿真结果的基础上,对其中一种模型进行加工装配和实际测试,测试结果表明摆镜结构设计合理,仿真计算结果有效.     

ASO-S卫星HXI量能器探测单元的标定

先进天基太阳天文台卫星(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)是中国科学院第2批空间科学先导专项之一,其主要目标是同时观测太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射,并对3者之间的相互关系和内在联系进行研究.硬X射线成像仪(HXI)是ASOS卫星的3大载荷之一,它通过对太阳活动发射的硬X射线进行傅里叶调制成像,实现高空间分辨率和高时间分辨率的太阳能谱成像观测.量能器单机是HXI的关键单机之一,其主要任务是精准测量通过每对光栅后太阳硬X射线的能量和通量.主要介绍了量能器单机的工作原理及其关键指标要求、标定设备及标定方案,最后给出了标定结果,从而验证了量能器单机方案设计的合理性.     

ASO-S卫星基于太阳导行镜的高精度高稳定度姿态控制系统

先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星姿控分系统的主要任务是实现高精度、高稳定度对日指向控制. ASO-S卫星的科学载荷中,白光望远镜(White-light Solar Telescope, WST)前端配置了太阳导行镜(Guide Telescope, GT)稳像系统,利用正交分布光电二极管组成的边缘探测器测量导行镜光轴与太阳中心的偏差角.提出了一种将GT测量值引入姿态控制闭环的控制方法:利用星敏陀螺定姿算法获得卫星-太阳方向姿态偏差, GT测量值确定非卫星-太阳方向姿态偏差;以4斜装反作用轮组为执行机构,进行三轴零动量稳定姿态控制.通过数学仿真验证,基于GT测量值的姿态控制器在非卫星-太阳方向的绝对指向精度优于2′′、相对姿态稳定度优于1′′/60 s,满足ASO-S卫星高精度高稳定度的对日指向要求.     

旋转黑子的太阳周时间延迟研究

统计结果显示23周旋转黑子的纬度随时间的变化呈蝴蝶图分布.对23周旋转黑子蝴蝶图和黑子蝴蝶图两翼的4条拟合曲线间的均方差随相位变化进行研究的结果表明:黑子蝴蝶图南北半球之间、旋转黑子蝴蝶图南北半球之间以及在同一半球旋转黑子蝴蝶图和黑子蝴蝶图之间存在着系统的时间延迟.这说明:23周南北半球太阳黑子活动不是同时发生的,南半球和北半球之间存在着系统的时间延迟或提前(相位差),且是南半球滞后于北半球;23周旋转黑子蝴蝶图和黑子蝴蝶图之间存在着相位差,且是旋转黑子蝴蝶图滞后于黑子蝴蝶图,观测滞后值略小于发电机模型预言的理论值.     

太阳暗条活动的周期性研究

运用法国巴黎默东天文台记录的暗条目录资料构造了一个时间精度为每天的暗条数目序列,选用Scargle周期图和Morlet小波变换两种周期方法研究了这个序列的周期性,发现其存在4个显著的周期,它们分别是1557天、1141天、795天和367天,详细分析了这些周期的时变特征,并简单讨论了其中个别典型周期的相位、物理机制和相互关系．     

DSRT三轴低频天线指向误差批量测量和校正方法

稻城圆环阵太阳射电望远镜(Daocheng Solar Radio Telescope, DSRT)作为子午工程二期太阳-行星际探测子系统的重要部分, 工作在150--450MHz频段, 可提供高空间、高时间分辨率的太阳爆发亮温图像. 针对DSRT天线的高精度指向测量以及对指向误差批量标定和校正的需求, 首先根据DSRT独有的三轴座架系统, 通过四元数旋转变换法建立了天线3参数编码器零点误差模型; 然后提出了基于射电源的漂移扫描法获得16个单元天线功率方向图, 并根据2维方向图确定波束中心的方法精确测量了DSRT天线指向误差; 最后用最小二乘法拟合得到模型参数, 并通过天线控制软件重新调整各个轴的零点, 后对调整结果进行验证. 结果表明指向校正方法可靠有效, 校正后16个天线的指向精度为0.5$^\circ$之内, 明显优于校正前3.5$^\circ$的指向误差, 满足误差小于DSRT天线最高工作频率下的1/10波束范围内的要求.     

基于深度学习的太阳F_10.7辐射通量的短期预报研究

F_10.7太阳辐射通量作为输入参数被广泛运用于大气经验模型、电离层模型等空间环境模型,其预报精度直接影响航天器轨道预报精度.采用时间序列法统计了太阳辐射通量F10.7指数和太阳黑子数(SSN)的关系,给出了两者之间的线性关系,在此基础上提出了一种基于长短时记忆神经网络(Long and Short Term Memory,LSTM)的预报方法,方法结合了54 d太阳辐射通量指数和SSN历史数据来对F_10.7进行未来7 d短期预报,并与其他预报方法的预报结果进行了比较,结果表明:(1)所建短期预报7 d方法模型的性能优于美国空间天气预报中心(Space Weather Prediction Center, SWPC)的方法,预测值和观测值的相关系数(CC)达到0.96,同时其均方根误差约为11.62个太阳辐射通量单位(sfu),预报结果的均方根误差(RMSE)低于SWPC,下降约11%;(2)对预测的23、24周太阳活动年结果统计表明,太阳活动高年的第7 d F10.7指数预报平均绝对百分比误差(MAPE)最优可达12.9%以内,低年最优可达2...     

总体最小二乘法在初轨计算中的应用

在分析了UVM2方法条件方程特点的基础上,将总体最小二乘法(TLS)引入轨道计算中,避免了原算法中对活力公式的线性化处理．仿真和实测计算结果表明,将TLS应用于UVM2是有效的．     

太阳硬X射线成像望远镜模拟研究

调制准直器型太阳硬X射线成像望远镜是目前较为通用的太阳观测设备.空间调制望远镜是基于中心轴不旋转的望远镜,适用于3轴稳定的卫星.针对我国可能的太阳观测计划,给出并比较了两组空间调制望远镜的配置方案,然后利用GEANT4高能物理通用软件模拟实际光子的计数情况,使用MATLAB实现图像重建.比较模拟光子计数得到的重建图与几...     

Inverse Calculation and Regularization Process for the Solar Aspect System(SAS) of HXI Payload on ASO-S Spacecraft

For the ASO-S/HXI payload, the accuracy of the flare reconstruction is reliant on important factors such as the alignment of the dual grating and the precise measurement of observation orientation. To guarantee optimal functionality of the instrument throughout its life cycle, the Solar Aspect System (SAS) is imperative to ensure that measurements are accurate and reliable. This is achieved by capturing the target motion and utilizing a physical model-based inversion algorithm. However, the SAS ...     

ASO-S卫星工程LST爆发模式触发和终止方案

先进天基太阳天文台(ASO-S)是计划于2021年底或2022年上半年发射的中国首颗综合性太阳探测卫星,莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)作为ASO-S的有效载荷之一,具体包括莱曼阿尔法全日面成像仪(SDI)、日冕仪(SCI)以及白光望远镜(WST) 3台科学仪器和2台导行镜(GT),其主要目标是在多个波段对太阳上的两类剧烈爆发现象(太阳耀斑和日冕物质抛射)进行连续不间断的高分辨率观测.为了实现这一观测目标, LST所有仪器的观测模式中均包含了一种针对爆发事件而设置的爆发模式.该模式下, SCI将以更高的频率进行图像采集, SDI和WST则以更高的频率对爆发所在区域进行图像采集.测试结果表明,观测图像经过中值滤波、像元合并处理后,可以通过监测图像各像元亮度的相对变化提取爆发事件的时间和位置信息.这些信息将为LST观测模式间的相互切换提供重要电子学输入.     

大面积硅微条探测器在轨数据压缩算法的设计与实现

硅微条探测器具有位置分辨高、响应快、低噪声、低功耗等优点,广泛应用在各大加速器试验中,测量粒子径迹.新世纪以来,逐渐应用于空间探测领域.计划中的"悟空"2号暗物质粒子探测卫星的硅微条探测器将至数十万计,将产生海量的原始数据.如何实现探测器快速实时的数据压缩,是其需要解决的一大难题.立足于面向空间应用的硅微条探测器在轨实时压缩算法,算法采用FPGA (Field-programmable Gate Array)搭建流水线结构的方式实现,在提高系统集成度、节省逻辑资源的同时,批量数据处理时最高可将数据压缩率提升至38.4 M通道/s.算法结构具有通用性,设计思想和方案将为"悟空"2号的径迹探测器的研制提供参考.     

太阳系早期的短寿期放射性核素

较详细地介绍全新的太阳系起源理论——X-wind模式,天体化学实验发现太阳系早期存在大量的短寿期放射性核素(半衰期小于100Ma),这些核素对太阳系的形成和演化有重要的影响,一种理论认为,这些核素是在恒星内部合成,并由星风注入原太阳分子云,星风产生的激波诱发分子云核的塌缩而形成原太阳,另一种理论认为,这些核素是高能粒子与原太阳分子云或太阳星云中的气体和尘埃相互作用的产物。     

太阳系起源和演化理论的研究

通过角动量守恒计算,证明了原始星云角动量不足,单纯靠星云自转惯性离心力无法抗衡中心部位星云的吸引力,无法在星云赤道处形成星云盘.原始星云角动量不足,同时星云收缩时径向方向速度不等,内快外慢,结果中心部位星云形成太阳,外部赤道部位星云物质因赶不上内部星云物质收缩而掉队形成星云盘.再由星云盘分裂、掉队形成星云环;星云环形成行星、卫星.对太阳系一些主要特征,作了分析和说明.     

太阳活动的不对称性研究

从三方面概述了太阳活动不对称的进展;不对称性的特征及其演化行为、周期性和可能的解释。太阳活动的南北半球及东西半球人发布是不均匀的,且在南北半球上分布不对称;但目前仍无法确定东西半球分布不对称。在众多的解释太阳活动不对称的理论中,没有一种理论被广泛接受。对将来开展太阳活动不对称性研究工作提出了一些看法。     

X-rays in the Solar System

Soft X-ray observations from comets are analysed on the assumption that the X-rays arise from electron captures by multiply charged ions of the solar wind in collisions with the neutral atoms and molecules of the cometary atmospheres. The collisions populate excited states of the ion formed in the transfer of charge which then decay in a cascade of radiative transitions in the soft X-ray and ultraviolet regions of the spectrum. A comparison of detailed models of the resulting spectra with observations of Comet McNaught-Hartley yield information on the solar wind ion composition. A similar process in which solar wind ions interact with neutral atoms in the heliosphere contributes to the diffuse soft X-ray background. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.