摘要：胞元航天器由胞元单体构成,能够在轨组装、重构与维护,是未来大尺度航天器发展的重要方向之一。胞元单体间的通信自组网是在轨构建顺利进行的保障,但目前对此研究尚有不足。结合系统特征,将胞元单体按照功能特性划分为主脑胞元、功能胞元、载荷承载胞元3个级别,描述在轨构建过程,定义胞元航天器自组网的完整性,并在传统AODV路由协议基础上,定义并综合考虑路由路径中节点的连接性能、路径距离、路径能量和拥堵状况,设计自组网策略,优先选择包含高能量功能胞元的路由路径,并于路径信息返回时由中间胞元进行更新。仿真实验表明,文中策略能有效降低胞元航天器在轨构建场景下自组网的系统功耗与平均时延、提高网络生存时间、增大吞吐量、降低丢包率并优化网络拓扑;地面胞元航天器样机缩比实验则表明该策略在同类场景不同情况下具有良好的适用性。

摘要：导向钻井技术的智能化是实现复杂油气藏高效开发的重要途径.本文面向智能导钻系统的实际需求,基于云平台、大数据及人工智能等技术,开展了一体化软件系统的研发.针对整套系统模块众多、功能复杂的问题,首先研发了可扩展模块化底层软件平台,在此基础上建立起集成数据采集、传输、存储、应用与决策为一体的工业化软件系统.本文详细介绍了整套软件系统的研发思路、架构设计、实现方式及各模块主要功能,同时开展了人工智能算法研发和软件平台的集成测试.研发的各软件系统模块不仅实现了现有功能的工程实用化,而且具备良好的扩展性,能够为智能导钻技术的持续性发展奠定基础.

摘要：随钻总线系统实时收集上传井下随钻测井数据与钻井工程参数以及下达地面控制命令,通过井地传输系统,实现地面与井下之间的数据与命令交换,形成钻井控制大闭环,是完成智能导钻的关键技术环节.本文从随钻单芯总线的信道特征、总线电路及其等效模型几方面介绍智能导钻井下随钻单芯总线系统,总结了总线的最佳工作频率及负载特征,分析了总线接口的简单可靠的驱动方法,通过电路测试,验证其可靠性.研究发现单芯总线信道的特征阻抗随分布参数变化很大,导致仪器横卧与竖立状态下,通信信道特性明显不同,本文根据信道特性变化规律,避开敏感频带,并将信道特征转换成等效电路模型,进一步明确了总线系统正常工作的参数设置方法.设计的总线系统已开展井下实钻试验连续工作3口井,累计工作时间超过270 h,累计钻进5300 m以上,未发现故障,系统工作稳定.

摘要：为满足国家高效低成本开发深层/超深层(埋深4500~9000 m)油气资源的战略需求,亟待发展适合我国地质禀赋的深层/超深层石油地质理论,创新支撑深层/超深层油气勘探开发的智能导钻技术体系.依托中国科学院A类战略性先导科技专项“智能导钻技术装备体系与相关理论研究”(简称智能导钻系统),面向深层/超深层系统性开展了油气成藏理论、旋转导向和地质导向钻进技术、远程决策系统和装备试验平台研究.深层/超深层特有的高温、高压环境和水的加氢作用能显著提高油气资源潜力,多类型优质规模储集体形成的主控因素为“先天基础、后期改造、深埋保持”,多期成藏改造过程控制了深层/超深层油气藏类型和分布的差异性.围绕智能导钻技术体系的旋转导向(钻)、地质导向(测)、高速传输(传)、地面控制(控)四大子系统,突破了旋转导向高精度动态测量与控制、非接触高效电能与信号传输,随钻方位电磁波测井全对称抗干扰天线系、高温高压仪器设计与封装,井地数据传输非线性流体负载高精度伺服控制、强畸变信道微弱信号提取等关键技术.研制了旋转导向、地质导向、井地传输等10余支井下仪器,实现了“钻-测-传-控”一体化智能导钻系统的集成总装.目前正在开展系统实钻联调测试,力图研发“理论研究-技术研发-装备研制-生产应用”全链条自主知识产权的智能导钻装备,为保障国家能源安全提供理论与技术体系的支撑.

摘要：木卫一等离子体环是木星磁层中密度最大、研究最广泛的区域。为满足木卫一等离子体环的观测需求,设计了一种用于行星大气光谱望远镜(Planetary Atmospheric Spectral telescope,PAST)的Lyot星冕仪。根据木星的辐射特性与PAST参数确定仪器参数,给出Lyot星冕仪的初始结构并进行优化;分析了Lyot星冕仪的成像性能,系统在37 lp/mm的MTF>0.6,满足成像质量要求;确定系统杂散光成因,利用物像共轭关系设计相应的杂散光抑制结构,在千级超净间对Lyot星冕仪进行杂散光抑制水平检测。实验结果表明:系统主要杂散光得到了有效抑制,系统的杂散光抑制水平在2.5Rj处为10-5量级,满足地基观测木卫一等离子体环要求。

摘要：井-地电磁传输系统是解决随钻测量(MWD)中观测的各种参数(井斜、井周速度、电导率、孔隙度)和井场的指令在井-地间实时传输问题的新思路,应用潜力巨大,受到了相关研究人员的广泛关注.本文提出了一种在横向各向同性介质中精确、快速地模拟井-地电磁传输中电磁波传播、分布的方法,为井-地电磁传输系统的设计、开发提供必要的支持.该方法利用矩量法将沿钻杆分布的电流离散,并基于钻杆上电流分布与格林函数的乘积的积分对散射电磁场进行计算,经过与基于有限元法的COMSOL软件模拟结果对比,验证了该方法的有效性.同时还讨论了钻杆电导率、工作频率、横向各向同性异常层、目标层电导率等参数对电磁场的影响.研究发现高电导率的钻杆能提高电磁波的辐射能力,钻杆上电流分布、地面接收的电压信号对地层模型横向电导率的变化较电导率垂向分量变化更敏感.

摘要：为了实现空间望远镜大型光学载荷的在轨更换,设计了一种能够实现在轨快速拆装的定位机构,并针对其核心问题即在轨重复定位精度进行了研究。首先,选定了一种能够避免热应力的运动学定位方式。在此基础上设计了定位机构,并根据刚体的微小角位移是矢量并符合矢量合成法则的原则,利用角位移矢量合成的方法推导出了光学载荷的转角数学模型;然后,设计杆系结构模拟了光学载荷及其框架,同时为了模拟光学载荷在轨拆装的微重力环境,利用微重力模拟的常用方法悬吊法设计了悬吊装置,以实现光学载荷模块的重力卸载;最后,搭建了试验检测环境,对光学载荷模块进行重复拆装试验,利用经纬仪及数显千分表进行检测,并处理试验结果得到了重复定位误差值。结果表明,光学载荷模块的重复安装转角误差最大为±28.8″,平移误差最大为±0.057 mm。本文研究能够为在轨可更换载荷定位机构的设计提供参考,具有理论意义和应用价值。

摘要：本文首先综述了大规模应用的超导磁体,依赖并推动铌三锡Nb3Sn导线技术进步,向更强磁场发展的趋势.着重分析了超高场14 T全身MRI磁体的挑战性技术.选择青铜Nb3Sn导线,采用Nb3Sn线圈和NbTi线圈相结合的混合结构,对14 T全身MRI磁体进行了电磁概念设计和热稳定性及失超保护仿真分析,并简要阐述了14 T全身MRI磁体在应力、接头和匀场方面的关键问题.根据分析结果认为:1)Nb3Sn导线是14 T全身MRI磁体需要面临的首要挑战性问题—作为最佳选择的青铜Nb3Sn导线,其现有产品的性能指标离14 T全身MRI磁体的要求尚存在有一定的差距;2)14 T全身MRI磁体的失超保护涉及线圈的铜超比设计、运行电流同线圈电感的协调配置、被动保护的分段策略和主动保护的失超触发控制以及主动屏蔽结构磁体在失超过程中的逸散磁场限制等多个十分复杂的环节,是最具挑战性的综合性技术.

摘要：激光外差光谱测量技术具有光谱分辨率高、探测灵敏度高、成本低等特点,近年来在温室气体探测、激光大气传输等领域得到了广泛的应用。以3.66μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源搭建了一套高分辨率激光外差太阳光谱测量装置,实现了水汽吸收光谱的实时测量,并利用最优估算法对整层大气中的水汽柱浓度进行了反演,得到合肥地区2019年5月22日和23日的水汽柱浓度。反演结果与同步进行观测的傅里叶变换光谱仪EM27/SUN测量结果变化趋势一致,相关性优于0.8,偏差小于15%。研究结果表明,搭建的激光外差光谱测量装置能够实现大气中水汽吸收光谱的实时测量以及水汽柱浓度的精确反演,同时为后续的水汽浓度廓线测量与研究奠定了基础。

摘要：随着空间探测任务逐步增加、空间信道频谱资源日趋紧张,传统Gardner定时同步算法已经无法满足高速数传系统高通量、高可靠性的需求。为了提高Gardner定时同步算法的吞吐率并增大可纠正误差范围,提出一种高速并行Gardner算法。为了保证插值精度同时减少乘法器消耗,设计了一种并行分段抛物线插值滤波器;为了便于并行流水线设计和最佳采样点选取,构建了计数模块和定时缓存调整模块;为了提高等价吞吐率,重构了流水线并行环路滤波器结构和并行数控振荡器结构。结果表明,该算法等价吞吐率可达1739.13 Msps,数字信号处理器资源消耗可减少44%,可纠正2×10^(-3)的定时误差。