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期刊信息/Journal information
中国科学（技术科学）
中国科学（技术科学）

严陆光

月刊

1674-7259

technology@scichina.org

010-64016732

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（技术科学）/Journal SCIENTIA SINICA TechnologicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。本刊从2009年1月期变更为主要报道技术科学方面的优秀成果，主要学科为材料、机械工程、工程热物理、水利、空间科学、航空、土木工程、核科学与技术、电工、电机、建筑、工程力学等，而不再刊登有关信息科学方面的内容。
正式出版
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    兆瓦级锂冷空间核反应堆电源方案设计与研发进展

    吴宜灿刘超金鸣陈建伟...
    365-376页
    查看更多>>摘要：空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势，是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线。本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上，提出并设计了一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源技术方案，该方案采用锂冷反应堆与布雷顿发电系统耦合，具有轻量化、长寿命等特点。本文针对该方案梳理了所涉及的关键技术，介绍了在技术分析论证、相关验证样机和实验平台研制的进展情况，并在此基础上提出我国未来发展大功率空间堆电源的建议。

    空间核反应堆锂冷反应堆布雷顿发电

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    "群对群"协同对抗的规划与制导问题研究

    江涌王林波王蒙一
    377-390页
    查看更多>>摘要：随着未来空天飞行器的飞行速度和机动性不断增强，以及集群规模化攻击样式的发展，防御方传统的"一对一"对抗模式已经难以适用，采用多个飞行器形成集群，以"群对群"的协同方式进行对抗，将成为一种有效的技术途径。本文针对群体目标的对抗场景，探讨了"群对群"协同对抗的规划与制导问题。首先系统介绍了空天目标攻击样式和目标特性的发展，总结提炼研究的背景需求与典型场景;再针对典型场景提出了群对群协同对抗的初步方案，简述了国内外研究情况，并梳理了规划与制导的关键技术，包括编组构建与目标分配、集群目标建模与估计、集群协同围捕与制导、集群编队随动保持与控制等;然后结合部分关键技术的研究进展，对重点问题进行了数字仿真，初步验证其可行性;最后针对群对群协同对抗的规划与制导技术的应用前景与发展方向进行了展望。

    "群对群"协同对抗规划与制导协同围捕

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    基于零和微分博弈的航天器相对位置容错控制

    孟庆媛姜斌马亚杰任好...
    391-401页
    查看更多>>摘要：针对带有执行器偏置故障和失效故障的航天器相对位置控制系统，本文提出了一种基于零和微分博弈的最优容错控制方法。首先，利用线性二次调节设计反馈控制器以保证无故障时系统的渐近稳定性能;其次，将航天器相对位置容错控制问题转换为零和微分博弈问题，结合Hamilton-Jacobi-Issac(HJI)方程和极小极大原则设计最优控制律;最后，利用自适应动态规划方法设计评判网络对最优性能函数进行估计，构成自适应控制信号，保证了系统稳定性和状态最终一致有界。仿真结果表明了本文设计的容错控制律的有效性。

    执行器故障容错控制相对位置控制航天器零和微分博弈

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    基于通用软件无线电平台的电离层高频多普勒频移监测仪

    代国峰郝永强刘飞张东和...
    402-410页
    查看更多>>摘要：测量经电离层反射的无线电波频率的多普勒频移是一种经典的电离层探测技术。本文介绍了以通用软件无线电平台作为射频前端的新型设备的系统设计、数字信号处理流程及数据后处理的方法。前端输出的宽频带数字信号由计算机软件进行选频、滤波、降采样等处理，具有可随时改变接收频点及数据处理流程的灵活性，并降低系统复杂度和研发周期及成本。本文比较了由快速傅里叶变换和希尔伯特变换两种方法得到的信号多普勒频移量，在电波仅有单一频移分量时，两种方法的结果是一致的;快速傅里叶变换方法能够分辨多个频移分量，而希尔伯特方法的优点则是具有较高时间分辨率。此外，采用多站数据反演了电离层扰动传播速度，把频移得到的多普勒速度与电离层垂测仪观测的电离层虚高的变化进行了对比，验证了该设备的探测能力及数据准确性。该设备已替换升级子午工程一期原设备，并将部署于子午工程二期各观测台站。

    电离层扰动电离层高频多普勒频移软件无线电子午工程

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    基于协同与耗散的能质传输理论

    刘伟
    411-421页
    查看更多>>摘要：本文聚焦热力学流和力的本构关系，揭示能质守恒方程中热流、质流、功流和动量流的扩散机制，协同方程中热力学力的协同机制，以及平衡方程中热力学流的耗散机制。通过考察多物理场的相互作用，建立流体传热、传质、耗功以及动量传输之间的协同关系。通过分析传输过程的能质耗散，表征热、质、功和动能的传输损失和传递效率。最终提出宏观能质输运统一方程组，架构基于协同和耗散的能质传输理论体系。

    协同耗散能质传输统一方程组

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    基于去伪加权方差最小化算法的大型复杂零部件局部配准全局方法研究

    吴浩冯晓志华林朱大虎...
    422-442页
    查看更多>>摘要：以汽车飞轮壳、车身为典型代表的大型复杂零部件机器人加工质量高度依赖于测量技术。针对现有点云配准算法难以抑制由于结构偏差、余量分布不均和各种测量固有缺陷所引起的匹配偏差问题，本文围绕局部配准定位全局的思路，提出一种去伪加权方差最小化(DPWVM)算法用于点云精配准。建立自适应比例因子调节的权重函数，区分结构偏差点云和其他异常点云，从而对每个点对距离施加合理权重，以降低结构偏差点云对配准精度的影响。进一步，统一点到点距离和点到面距离，建立自适应协调距离，以提升算法收敛稳定性。本文所提算法在汽车飞轮壳局部配准定位全局的过程中可有效提高配准精度并抑制匹配倾斜，相比于ICP、VMM算法，绝对定位精度分别提升18。9％和66。7％，匹配倾斜抑制程度分别提升25。9％和85。3％，与WPMAVM算法相比，收敛稳定性进一步提高。此外，本文所提方法仅需单次数据采集即可有效配准定位，极大地提高了配准效率。

    去伪加权方差最小化大型复杂零部件局部配准匹配失真自适应协调距离

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    基于GMM的压电驱动器磁滞特性建模及高精度抗扰跟踪控制

    黄鹏升李加胜丁烨
    443-458页
    查看更多>>摘要：包含压电驱动器的微定位平台可以用于减小飞切加工中的低频误差。本文针对该平台中的压电驱动单元，提出了一种新的系统建模方法，并基于此建立了完整的高性能抗扰跟踪控制策略。首先，利用高斯混合模型(Gaussian mixture model，GMM)对压电驱动器固有的磁滞特性建模，并根据该模型进行前馈补偿，以消除磁滞非线性对控制精度的影响。其次，建立扩张状态观测器，对所有外部扰动及未建模误差进行观测与补偿，以提高系统的抗扰能力。为了进一步提高系统的跟踪精度与控制带宽，建立状态反馈与零相跟踪前馈控制策略，以优化闭环系统特性。实验结果验证了基于所提磁滞模型建立的抗扰跟踪控制方法的有效性。在0～50Hz输入信号频率范围内，在给定的测试集内该控制策略下的系统跟踪误差小于2。2％，能够满足目标控制带宽下的高精度跟踪要求。

    压电驱动器磁滞非线性高斯混合模型扩张状态观测器抗扰控制

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    轧制变形及再结晶00Cr12铁素体不锈钢中的{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界

    黄新宇王卫国ROHRER Gregory S徐刚...
    459-476页
    查看更多>>摘要：不同于低层错能面心立方结构的奥氏体不锈钢，高层错能体心立方结构的铁素体不锈钢在形变及再结晶等组织重构过程中很难形成结构稳定且十分耐蚀的奇异晶界(共格孪晶界)。研究{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界的影响因素和形成机理，将有可能为改善铁素体不锈钢，特别是低Cr铁素体不锈钢晶间腐蚀性能提供晶界工程新思路。本文选用经固溶处理和组织均匀化处理的00Cr12低Cr铁素体不锈钢为实验材料，5个平行试样分别在350℃，500℃，580℃，650℃和690℃进行厚度减缩量为70％的单向轧制变形后，立即进行750℃、2h再结晶退火处理。使用基于电子背散射衍射和五参数分析的晶界界面匹配表征方法对上述样品进行测试和分析发现，轧制温度对00Cr12铁素体不锈钢再结晶{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界比例有显著影响，再结晶后的{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界比例随再结晶退火前轧制温度的升高先上升再下降，其中经650℃轧制的样品，其再结晶后{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界比例达到极大值6。82％。取向分布函数(ODF)和重叠极图晶界迹线分析表明，经650℃轧制的样品，其再结晶组织中形成了强的{0 1 1}<0-1 1>织构;具有{0 1 1}<0-1 1>及其漫散取向的晶粒之间较多地存在<0 1 1>/θ取向差关系(θ为绕<0 1 1>的旋转角)，其关联晶界为{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界，这是经650℃轧制的样品，其再结晶后{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界比例达到极大值的原因。离线原位表面侵蚀实验表明，{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界的腐蚀抗力显著高于一般晶界。因此，基于本文研究结果，进一步调控并提高{0 1 1}/{0 1 1}近奇异晶界的比例将有助于从根本上显著改善00Cr12铁素体不锈钢晶间腐蚀性能。

    00Cr12铁素体不锈钢近奇异晶界晶界界面匹配晶间腐蚀

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    多元Ti-Cu基合金非晶形成过程的分子动力学模拟与落管实验研究

    徐山森常健翟斌燕鹏旭...
    477-489页
    查看更多>>摘要：采用DeePMD计算方法和落管快速凝固实验技术，研究了液态Ti41。5Cu37。5Ni7。5Hf5Sn5Zr2。5Si合金的非晶凝固机制。分子动力学计算结果显示，液态合金原子的总第一近邻配位数随系统温度的降低而增加，而Ti原子的第一近邻原子数则随着温度的降低而减少。同时，随着系统温度的降低，液态合金中二十面体和类二十面体团簇的数量显著增多，但中心Ti原子的比例却发生了衰减。在非晶凝固过程中，Ti原子表现出与大尺寸原子的弱亲和性和对二十面体团簇的弱构建性。在自由落体实验中，合金液滴所能达到的过冷度随液滴直径的减小而增大，其凝固组织主要由少量的富Cu相、极细的非规则(Ti2Cu+TiCu)共晶和非晶相组成。当合金液滴直径减小至566 μm时，合金凝固组织中开始出现非晶相，相应的临界过冷度△TC为312K(0。27TL)。非晶相体积分数随着液滴尺寸的减小而增大。如果合金液滴直径小于317 μm，晶体相的形核与生长被完全抑制，凝固组织由全部非晶相组成。

    非晶合金分子动力学液态结构自由落体深过冷

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    包含有界切换增益的空间惯性传感器输出调节积分模型参考自适应控制

    孙笑云吴树范沈强
    490-500页
    查看更多>>摘要：基于输出调节的多变量模型参考自适应控制(model reference adaptive control，MRAC)用于解决系统状态不可直接获取时，多变量系统向参考系统的稳定输出跟踪问题。在空间引力波探测航天器内部惯性传感器静电悬浮控制中，考虑到其作为航天器平台惯性基准的稳定需求，双质量块动力学中存在的不连续干扰影响，以及应对不同工作模式的瞬态切换，提出一种基于积分输出调节MRAC的静电悬浮控制方案，引入有界的切换自适应校正增益及自适应积分修正项，用于系统不连续情况下的抗输入饱和、瞬态抑制及惯性传感器非敏感轴各自由度向参考状态的稳定逼近。基于Filippov集与广义梯度的Lyapunov分析验证该方案下，不连续系统中各闭环信号的收敛性，数值仿真验证样例空间引力波探测航天器中，作为关键载荷的双质量块空间惯性传感器各非敏感轴自由度针对位移噪声及残余加速度及切换瞬态的良好抑制效果。

    静电悬浮控制空间引力波探测惯性传感器模型参考自适应控制不连续系统有界切换增益

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