造福全人类面向未来的中国空间探测

人类进入太空是20世纪伟大的科技成就之一。第一颗人造地球卫星发射至今已有50年,在这期间人类以地球探测为主,包括载人航天和深空探测在内的空间探测活动从未停止过。文章回顾了中国和国际航天50年空间探测的历史,总结了取得的进展和成果,分析了空间探测当前的发展趋势及我国业界当前的任务与存在的问题,提出了相应的建议和对未来中国空间探测的设想。     

空间物理和空间天气探测与研究

空间物理学是1957年人造卫星发射成功后迅速发展起来的一门交叉学科。近50年来,空间已成为人类生存的第四环境,其重要性日益突出。20世纪90年代初,空间物理学与空间应用的密切结合产生了专门研究和预报空间环境中灾害性过程及其变化规律,减轻或防止空间灾害并为人类活动服务的空间天气学。文章简要总结了国外及国内空间物理和空间天气探测的历程和发展趋势,并提出对我国未来空间物理和空间天气探测发展规划和探测路线图的几点建议。     

用于空间辐射环境探测的金刚石探测器研究综述

空间辐射环境探测可减轻或避免辐射环境对航天器和宇航员的危害,已成为近年来各航天大国研究空间环境的热点。对空间辐射环境进行探测的探测器较多,包括气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器,半导体探测器具有能量分辨率高、探测效率高等优点,已逐渐取代其他两种探测器。金刚石辐射探测器是半导体探测器的一种,具有探测精度高、耐候性好、无需制冷、寿命长以及抗辐射能力强等优点,特别适合长周期、强辐射的深空探测。同时,金刚石禁带宽度大,不响应可见光,可实现日盲观测,已被欧洲空间局(ESA)用于太阳紫外辐射探测。俄罗斯工业技术中心在多种粒子复合探测方面正在研制宇宙射线光谱仪,尽管探测能区集中在中高能,但该光谱仪可实现电子、质子和重粒子的复合探测。基于目前金刚石辐射探测器在单粒子辐射探测中的应用及空间复杂的多种粒子辐射环境,我国的空间辐射环境探测研究应通过设计基于多层金刚石膜的单粒子辐射探测器来提高探测器的能量分辨率,再构建探测器矩阵进行多种粒子复合探测,将人工神经网络算法引入数据处理过程,以拓展探测范围到低能区,实现全能量范围粒子的探测,从而为开展金刚石探测器在空间站、深空辐射环境探测等领域的应用探索奠定基础。     

日盲型紫外探测系统的探测距离模型及实验研究

日盲区的存在,给近地探测240～280 nm范围的紫外辐射提供了良好的背景.本文设计了一套成像型日盲紫外探测实验系统.从辐射能量传递的角度出发,借鉴凝视型红外搜索跟踪系统的分析方法,推导了紫外探测系统的探测距离模型.以氘灯为探测目标,在三种典型天气条件下对实验系统进行了探测距离实验.结果表明,采用探测距离模型的计算值和实验测量值有较好的吻合,为紫外探测系统的设计和性能评估提供了重要的理论和实验基础.     

中国的空间探测及其科学内涵

文章回顾了人类探索空间的历史,特别是中国人对空间的探索历史;并分析了自人类进入空间时代以后探索空间的历程。通过对这一系列活动的分析,探讨了人类在空间探测活动中的动机及其科学内涵,进而对中国今后空间探测活动的战略科学目标展开讨论,并简要介绍了中国4个空间探测计划及其科学目标。     

高大空间火灾探测技术

论文总结了高大空间火灾的特点,详细介绍了可用于高大空间火灾探测的各种手段,并对高大空间火灾探测的设计提出建设性意见。     

空间引力波探测望远镜研究进展

望远镜是空间引力波探测系统的核心组件之一,主要功能是本地激光的准直发射和远端激光的接收与压缩。望远镜作为干涉光路的一部分,直接影响测量噪声。相对于成像系统,空间引力波探测望远镜除了波前质量要求高之外,对杂散光和光程稳定性也具有极高的要求,而且后两项的挑战性更大。本文围绕望远镜核心指标的实现,对光学系统、光机结构、空间热环境与热控、杂散光仿真与抑制、稳定性测量等方面的研究进展进行了综述,可以为我国的空间引力波探测望远镜研制提供参考。     

日盲型MgZnO紫外光传感器研制及性能分析

紫外探测虚警率低,不受热噪声影响,可以与红外探测及雷达探测相结合,在火力探测及预警领域有广阔的应用前景。该文采用分子束外延法,通过控制Mg源、Zn源和蓝宝石衬底的温度变化,制备一种MgZnO日盲型紫外探测传感器。对其紫外光谱透光率、响应率和响应时间进行测量。在实验室内利用氘灯作为紫外光源,对MgZnO紫外探测传感器进行探测实验,得到响应电压和日盲波段响应率。通过进一步优化探测器制备工艺,提高探测器响应面积和响应率,有望实现远距离的火力探测和预警。     

基于石墨烯的空间辐射探测传感器设计与试验研究

为了验证石墨烯空间辐射探测传感器的性能,结合石墨烯的能带结构和电场效应,分析了二维石墨烯材料的辐射探测原理,研究了基于石墨烯的空间辐射探测方法,研制了具有体积小、分辨率高、抗辐射性能好等特点的新型空间辐射传感器样件。利用质子、电子对辐射传感器进行了空间环境辐照试验,性能测试表明,辐射传感器样品的电学特性满足设计要求。研制的石墨烯空间辐射探测传感器有望应用在空间站辐射环境、月球辐射环境监测等方面以及脉冲星导航等领域。     

大空间火灾自动报警系统设分

本文主要分析了犬空间火灾自动报警系统的设计条件,分析探讨了大空间火灾探测报警系统的设计原则,并提出了探测器选型的建议。     

EMCCD用于空间生物光成像探测的可行性分析

生物光检测技术在地面的应用日益广泛,而空间生物光检测技术还处在对光强较强的生物光检测的阶段.空间生命科学研究的持续发展对微弱生物光检测技术提出需求.本文对比分析几种微弱光探测技术,总结了EMCCD在空间应用的技术优势,并提出了基于EMCCD的空间微弱生物光成像检测系统的方案.从目标亮度、探测器光敏面照度及探测器制冷等角度分析了弱信号的获取和系统信噪比,对基于EMCCD技术的空间生物光成像检测系统的可行陛和检测能力进行了分析论证.     

Moon and quiet Sun detection with Fermi-LAT observatory

The Fermi gamma-ray space telescope is an international mission supporting two science instruments, the Gamma-Ray Burst Monitor (GBM), covering the energy range from few keV to 30 MeV, and the Large Area Telescope (LAT), a pair-conversion detector operating at energies from 30 MeV to 300 GeV. The Fermi telescope was successfully launched on June 11, 2008 and has been surveying the sky in gamma rays since August 2008. During the first months of the mission, Fermi has detected high-energy gamma rays from the Moon and quiet Sun since the first weeks of data taking. This emission is produced by interactions of cosmic rays; by nucleons with the solar and lunar surface (albedo), and electrons with solar photons in the heliosphere. The heliospheric emission is produced by inverse-Compton scattering and is predicted to be extended. Both Moon and the quiet Sun was detected by EGRET on CGRO with low statistics, but Fermi is the only gamma-ray mission capable of detecting the Moon and the quiet Sun and monitoring it over the full 24th solar cycle.Here we present the analysis relative to the first months including the observation of the Moon and the Sun, the spectral analysis, the fluxes measurements and finally a comparison with models and previous detections.     

空间引力波探测星载望远镜专题导读(二)

探测空间引力波有望揭开更多的宇宙奥秘。在国家重点研发计划项目的支持下,《光电工程》组织了“空间引力波探测星载望远镜专题(二)”。专题围绕空间引力波探测星载望远镜设计与分析、建造与装调、测试与评估等几个方面介绍了近期的主要研究进展,将为相关领域学者和专家提供技术研究的参考和合作交流的平台,并将积极推动我国空间引力波探测计划的研究进程。

     

用于空间辐射环境探测的金刚石探测器研究综述

空间辐射环境探测可减轻或避免辐射环境对航天器和宇航员的危害,已成为近年来各航天大国研究空间环境的热点.对空间辐射环境进行探测的探测器较多,包括气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器,半导体探测器具有能量分辨率高、探测效率高等优点,已逐渐取代其他两种探测器.金刚石辐射探测器是半导体探测器的一种,具有探测精度高、耐候性好、无需制冷、寿命长以及抗辐射能力强等优点,特别适合长周期、强辐射的深空探测.同时,金刚石禁带宽度大,不响应可见光,可实现日盲观测,已被欧洲空间局(ESA)用于太阳紫外辐射探测.俄罗斯工业技术中心在多种粒子复合探测方面正在研制宇宙射线光谱仪,尽管探测能区集中在中高能,但该光谱仪可实现电子、质子和重粒子的复合探测.基于目前金刚石辐射探测器在单粒子辐射探测中的应用及空间复杂的多种粒子辐射环境,我国的空间辐射环境探测研究应通过设计基于多层金刚石膜的单粒子辐射探测器来提高探测器的能量分辨率,再构建探测器矩阵进行多种粒子复合探测,将人工神经网络算法引入数据处理过程,以拓展探测范围到低能区,实现全能量范围粒子的探测,从而为开展金刚石探测器在空间站、深空辐射环境探测等领域的应用探索奠定基础.     

Development of perforation hole detection system for space debris impact

There is no effective protective measure against space debris between 1 and 10 cm in diameter. Debris in this size range can perforate the pressurized walls in the International Space Station (ISS). According to the current ISS operating procedures, crews must escape from a punctured module at once. However prompt detection of the perforation hole location is difficult in the current state of the ISS. Therefore it is important to install a detection system to the locate perforation hole on a space structure for both the quick decision of escape direction and repair location. In this study, we propose a perforation hole detection system for space debris impact. This system uses a resistance film attached to the pressurized wall as an area sensor. The effectiveness of this detection system was verified by numerical analysis and pseudo-perforation hole tests but also hypervelocity impact tests.     

基于划分子空间的数码相机颜色空间转换方法研究

基于数码相机的印刷品质量检测是未来发展的方向,在颜色检测领域需要首先解决色空间转换的精度问题。采用分子空间的多项式回归法实现了从RGB 颜色空间到CIEL* a* b* 颜色空间的转换,首先把RGB 颜色空间划分成若干个子空间,然后在每个子空间中运用最小二乘法建立多项式模型,对任意RGB 颜色值根据其所在子空间求解对应的多项式方程,即可得到L*a*b*值。实验表明,该方法的转换精度有了很大程度的提高,能够满足数码相机色空间转换的基本要求,为基于数码相机的印刷品质量检测奠定基础。     

基于归一化RGB色彩模型的阴影处理方法

通过分析影像上阴影区域的属性,提出了一种基于阴影属性的高分辨率遥感影像阴影检测和去除算法。利用阴影区域蓝色分量偏高的特性,对归一化B分量和原始B分量进行阈值检测,并结合小区域去除和数学形态学处理,得到较精确的阴影区域;然后,分别在RGB空间和HSI空间对各个独立的阴影区域与其邻近的非阴影区域进行匹配,完成阴影去除操作;最后沿着阴影边界做一次中值滤波以减轻边缘效应。仿真结果验证了算法的有效性,并且显示在HSI空间获得了更好的补偿效果。     

Image and Feature Space Based Domain Adaptation for Vehicle Detection

The application of deep learning in the field of object detection has experienced much progress. However, due to the domain shift problem, applying an off-the-shelf detector to another domain leads to a significant performance drop. A large number of ground truth labels are required when using another domain to train models, demanding a large amount of human and financial resources. In order to avoid excessive resource requirements and performance drop caused by domain shift, this paper proposes a new domain adaptive approach to cross-domain vehicle detection. Our approach improves the cross-domain vehicle detection model from image space and feature space. We employ objectives of the generative adversarial network and cycle consistency loss for image style transfer in image space. For feature space, we align feature distributions between the source domain and the target domain to improve the detection accuracy. Experiments are carried out using the method with two different datasets, proving that this technique effectively improves the accuracy of vehicle detection in the target domain.     

超长空间激光传输数值模拟研究进展

文章主要围绕空间引力波探测中超长空间链路传输部分进行介绍,概述了目前国内外星间传输仿真时采用的计算方法,以及指向抖动引起的相位噪声分析方法。相较于地基引力波探测,空间引力波探测可以有效降低噪声,增加干涉臂长度,从而实现更高精度、更低频率的探测。在长达数百万公里的传输距离,以及皮米量级数值模拟的精度要求下,需要考虑指向角变化引起的相位噪声。研究表明,在2.5×10⁹ m的传输距离下,离焦和像散是影响指向抖动噪声的主要像差。通常情况下,相位驻点位置与原点位置存在一定偏离,需要对望远镜角度进行调整,才能使相位噪声最小化。在相位驻点位置进行引力波探测,可以有效降低相位噪声,并降低望远镜出瞳波前的质量要求。而大的离焦像差与小的彗差可以使相位驻点接近光轴,提高接收到的激光功率。

     

汽车制动主缸补偿孔形位尺寸检测双远心光学系统研究

为了解决制动主缸补偿孔的成像问题,设计了一种远心内窥成像光学系统。在设计中采用工业内窥镜来延长成像系统的视距,它的后端与CCD摄像机相连接,并通过内窥镜的前后移动来捕捉补偿孔的图像信息。该系统由于将内窥镜的成像光路设计成一个像方远心光路与物方远心光路合一的光路,较好地解决制动主缸补偿孔图像因为虚焦而造成的检测误差问题,从而提高了系统的检测精度。实验结果表明,系统的测量精度达到0.01 mm。