夜光云作为形成于中高层(高度约83 km)大气的冰晶云, 其季节起始时间是研究极地中间层热力学与动力学耦合过程的重要参数. 基于1979－2023年多源观测数据, 系统分析了南北半球夜光云季节起始时间的长期演变特征, 并分析其与平流层纬向风场反转事件及太阳活动的相关性. 结果表明, 南北半球夜光云起始时间存在显著差异, 南半球的年际变幅(标准差22 d)约为北半球(11 d)的2倍, 这可能与半球间大气环流模态、重力波活动强度等热力和动力过程差异有关. 在南半球, 夜光云季起始时间与平流层纬向平均风的反转时间表现出极强的正相关关系; 对于北半球, 虽然呈现反相关特性, 但约60 d的相隔时间并不能直接判定二者的影响关系. 太阳活动(Lyman-α 辐射)对夜光云季节起始的调控也呈现半球不对称性, 北半球在2011年前与太阳活动呈一定的负相关, 后期因平流层动力背景转变而衰减, 南半球则表现为微弱响应, 表明太阳辐射效应与动力过程可能共同发挥作用. 此外, 多源数据在结果上的差异也表明, 不同探测体制和数据类型会对夜光云长期变化特性研究带来一定的不确定性.

嫦娥七号计划于2026年发射, 开展月球南极永久阴影区内的水冰探测是其重要的科学目标之一. 基于Geant4工具包构建嫦娥七号有效载荷月球中子伽玛谱仪(LNGS)的精细模型, 建立月表水含量与超热中子计数率之间的定量反演关系. 通过模拟银河宇宙射线(GCR)轰击月表产生的次级中子能谱, 结合中国散裂中子源(CSNS)的束流标定实验验证, 得到如下结果探测器建模的模拟效率与实验数据吻合良好(相对误差<6%); 探测器具备区分不同含水量土壤的能力; 月表水冰质量含量在0.01%～20%范围内时, 超热中子计数率随氢含量增加呈显著下降趋势, 其关系符合修正的Lawrence模型(R²=0.9993). 研究为嫦娥七号在轨数据解译提供了可靠的理论模型, 并为月球资源原位利用的探测技术发展奠定了基础.

基于兴隆(XLON, 40.2°N, 117.6°E; 磁纬35°N)和南非Sutherland天文台(SAAO, 32.2°S, 20.48°E; 磁纬40.7°S)的地基Fabry-Perot干涉仪(FPI)观测数据, 结合热层–电离层–电动力学环流模型(TIEGCM), 系统分析了2018年3月18－19日磁暴事件期间南北半球中纬度地区热层风场的响应特征. 研究发现, 南半球热层风场对磁暴的响应较北半球更为显著. 在SAAO台站观测到显著的赤道向和西向风增强现象, 其中经向风最大速度达128.4 m·s^–1 (赤道向), 纬向风最大速度达 –165.6 m·s^–1 (西向). 与TIEGCM模拟结果的对比分析表明, 模型能够较好地再现观测数据的扰动趋势, 特别是在SAAO经向风和XLON纬向风的变化特征方面. 然而模型在风速定量预测方面仍存在一定偏差, 对SAAO东向纬向风存在低估现象, 而对XLON赤道向经向风则呈现高估趋势.

嫦娥七号着陆器月表探测分系统搭载的双向中能质子探测器是国际首次实现月表双指向中能质子探测, 可以提供月表朝天和对地向中能质子的能谱数据(0.03～30 MeV), 为月球粒子辐射环境建模以及载人登月辐射防护等提供重要的数据支撑. 针对中能质子探测器地面定标的特殊问题, 利用电子加速器实现质子等效能量的标定, 结合高能质子穿透后的沉积能量实现全能段验证, 并通过加速器实验与仿真相结合的方法量化电子污染抑制能力. 研究表明, 探测器能量刻度偏差优于3%; 抗电子污染能力在1.4 MeV及以下, 优于94%; 朝天向探头几何因子平均值为0.053 cm^–2·sr^–1; 对地向探头几何因子平均值为0.3041 cm^–2·sr^–1. 定标结果为在轨数据反演提供了可靠基础, 所建立的定标仿真体系对未来月球及深空带电粒子探测器校准具有重要借鉴意义.

嫦娥七号搭载的测月雷达旨在探测月球次表层结构. 为确保探测数据的有效性, 并提升数据解译的准确性与一致性, 提出一套适用于航天级穿透雷达的系统定标方法, 包括全系统增益标定与系统传递函数标定等. 基于该方法, 对测月雷达进行系统定标, 明确其在轨运行的最优参数配置. 在此参数设置下, 雷达系统各项性能指标均达到设计要求: 低频通道与高频通道的系统增益分别为171.02 dB与169.70 dB, 分别满足400 m与40 m探测深度的需求. 所获取的接收时变增益曲线及系统传递函数经模拟月壤试验验证, 可为月面探测科学数据提供有效的校准基准. 该定标方案可为未来深空探测任务中的雷达系统校准提供技术参考与范式.

为了满足航天应用中图像数据高效存储与传输的需求, 基于FPGA设计并实现了一种符合CCSDS 122.0-B-1标准的星载高性能图像压缩核. 充分考虑算法特性与实现平台特点, 设计了新颖的编码控制逻辑与数据组织结构. 针对压缩效率这一关键指标, 设计了段大小为256的算法实现架构, 压缩效率处于同类应用前列. 通过分段压缩机制, 有效防止了误码扩散, 并支持压缩质量连续调节与图像渐进传输. 针对扫描与编码环节的性能瓶颈, 提出了全并行扫描及动态优化并行编码方法, 实测编码效率提高约50%. 压缩核支持图像最大尺寸4096×4096 pixel, 最大位深度16 bit. 通过实际测试, 压缩核吞吐率可达90.64 ×10⁶ sample·s^–1, 可满足大部分航天任务的图像压缩需求.

月球具有稀薄的外逸层、无大气湍流干扰以及稳定的表面环境, 为天文学观测, 尤其是在可见光和紫外波段, 提供了独特而优越的平台条件. 这些特性使得长时间、连续且不受地球大气影响的观测成为可能. 作为嫦娥七号任务的国际合作载荷之一, 国际月球天文台相机(ILO-C)项目旨在充分利用月球观测环境的优势, 从独特的月基视角深化对银河系及更广阔宇宙空间的观测与认知, 同时在天文科学素质教育方面发挥示范作用, 并为未来月基天文观测台相关技术提供在轨验证. ILO-C 相机将安装于嫦娥七号着陆器的+y舱板上, 随任务经历飞行、绕月和着陆等不同阶段. 针对上述任务阶段, 本文系统探讨了相机在轨科学定标方案的设计与实施, 重点包括基础定标、色度定标和流量定标等关键环节, 并给出可用于交叉检验的观测与标定路径. 项目最终科学产出的质量, 在很大程度上依赖于对科学定标策略的合理规划与有效执行. 理想情况下, 期望实现任务飞行阶段的在轨开机观测, 以覆盖更大范围的观测天区, 并与其他空间及地面天文观测项目开展交叉比对与验证.

嫦娥七号任务轨道器拟搭载宽谱段红外光谱成像分析仪(Wide-band InfraRed Imaging Spectrometer, WIRIS), 将获取覆盖可见至长波红外(0.45～10 µm)的月球表面高光谱图像与热辐射信息, 为月球表面矿物成分识别、热环境与水/羟基探测等科学研究提供数据. 相比现有月球环绕光谱探测载荷, 为提升对硅酸盐矿物克里斯蒂安森特征(Christiansen Feature)、分子水等关键波段的定量反演能力, WIRIS在继承天问一号火星矿物光谱分析仪设计的基础上, 将高光谱成像谱段拓展至中长波红外(3.3～10 μm), 并通过同步温度测量, 有效降低了3 μm波段水/羟基特征反演中的热校正不确定性. 本文围绕WIRIS新拓展的中长波谱段定量化应用需求, 提出适应该波段的光谱、辐射与几何定标方法, 并结合实验数据分析了定标过程中的误差来源与不确定度. 研究结果可为WIRIS中长波红外数据的物理量反演及科学应用提供关键的技术支撑与方法基础.

空间辐射环境下的单粒子翻转效应严重威胁着星载智能系统的可靠性, 传统的三模冗余和周期性擦写等容错方法存在资源开销大、功耗高等问题. 提出一种基于自适应增强算法的轻量化容错方法(AB-FTM), 通过该方法构建ResNet20/32/44异构弱模型集成架构, 结合动态权重调整机制, 不仅显著减少参数规模(相比于原始ResNet110缩减18.2%), 而且提升了分类精度与鲁棒性, 增强了容错能力. 在CIFAR-10, MNIST, EuroSAT和Galaxy10 DECals数据集上的实验验证表明, 当0.032‰ 比例的参数发生单粒子翻转时, AB-FTM较ResNet110三模冗余的准确率分别提升53.25%, 63.49%, 57.67%和47.43%, 显著优于传统三模冗余方案. 该方法为未来空间科学卫星使用星载智能系统提供了兼顾可靠性、轻量化与计算效能的新型解决方案.

冰川作为全球气候变化的关键指示体和重要的淡水资源, 其多物理参数的精准获取具有重要意义. 中国山岳冰川环境恶劣、地形复杂, 传统就位探测方法难以大面积连续监测. 星载冰川透视探测由于受分辨率制约和复杂地面杂波的干扰, 至今无业务化应用. 机载雷达空间分辨率高、探测方式灵活, 已成为冰川监测和研究的重要技术手段. 但机载雷达进行探测时, 依然面临冰表起伏和冰底复杂地形的影响, 例如冰表杂波干扰信号解译与参数反演; 冰底地形散射与冰内介电损耗耦合, 阻碍介电常数准确反演. 本研究结合机载超宽带雷达数据与伪谱时域(PSTD)数值模拟, 构建冰表–冰底双界面地形与介电参数耦合模型. 通过二维PSTD仿真揭示地形散射与介电损耗互作用机制, 提出基于动态范围分析的冰层介电常数虚部反演方法. 应用老虎沟12号冰川实测数据, 经迭代优化将虚部估计值收敛至6.0×10^–4, 相对误差为21%. 仿真与理论模型交叉验证表明, 该方法有效解耦地形与介电参数的协同干扰, 提升了复杂地形区冰川介电参数反演精度.