童小华,袁烽,郑虎,晏雄锋,王超,谢欢,许雄,徐聿升,陈鹏,魏超
2024, 52(8):1151-1162. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.24261
摘要:月面建造是人类探测、利用、开发月球的发展方向。围绕月面建造中用什么建、怎么建等关键问题,梳理了月球资源勘测与原位利用方向的研究进展。首先总结了面向月面原位资源利用的主要支撑技术,包括月壤特性分析、模拟月壤制备、月壤原位成型等关键技术;其次,介绍了月球基地智能建造进展,包括月面建筑方案的构想发展历程、原位建造技术对比、月球基地建造环境分析等;最后,总结了月球资源原位利用及月球基地建造在资源勘测、建造科学选址、月基承载安全、原位熔融成型、太空建造方案等方面的关键科学挑战。
冯永玖,唐盼丽,陈书睿,席梦镕,叶真,金雁敏,刘世杰,李浩腾,王蓉,李鹏朔,童小华
2024, 52(8):1163-1170. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.24222
摘要:为服务未来国际月球科研站(ILRS)任务,搜索到符合科学目标和工程安全要求的探测区域,开展了着陆探测智能选址,以及着陆区典型要素和巡视可达性的综合分析。在着陆选址方面,基于1D-CNN选址模型在南极Scott M的西南侧遴选并划定了4个预选着陆区;针对着陆区关键要素,对实时光照和辐射、物理温度剖面、水冰赋存等环境特征进行了遥感探测与精细分析;针对巡视可达评估,采用顾及能量耗费的路径规划模型,评估预选着陆区中心点至潜在水冰点的巡视可达性。结果表明,预选着陆区均满足着陆适宜性,具有地形安全性高、供能高等特征。该研究的综合分析方法也可用于评估其他潜在着陆区的典型环境特征,为ILRS的着陆选址和科学目标巡视探测提供有益参考。
杨其全,谢欢,冯永玖,柳思聪,王超,刘成保,黄潜,黄荣,盛丽艳,彭松,童小华
2024, 52(8):1171-1179. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.24223
摘要:水冰是支撑国际月球科研站建设和运行所需的重要资源。红外遥感是探测月球水冰的重要手段,但却难以直接用于无阳光直射的永久阴影区。提出了一种基于光照散射强度模型的阴影区光谱信息校正方法,并构建了基于光谱吸收特征的水冰探测方法,实现了对于永久阴影区水冰信号的探测。应用该方法对月球南极沙克尔顿(Shackleton)和诺比利(Nobili)撞击坑进行分析,发现它们内部的永久阴影区存在水冰信号。该研究有望为国际月球研究站的选址和建设提供借鉴。
李佳,王超,李志远,谢欢,蒋明镜,晏雄锋,许雄,冯永玖,童小华
2024, 52(8):1180-1187. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.24230
摘要:月壤颗粒形态特征对月面原位挖掘、运输、3D打印等具有重要影响,我国自主获取的嫦娥五号样品可为月球科研站建设等提供月壤关键参数信息。以月面原位资源利用过程关注的月壤颗粒形态特征为目标,利用体视光学显微镜获取了同济大学获批的嫦娥五号月壤颗粒样品图像,构建了一套图像处理和颗粒识别方法,并提出方向差异指数表征颗粒表面粗糙程度,实现了自动提取颗粒边缘并计算其粒度和形态指标。结果表明,所研究嫦娥五号样品颗粒粒径范围为4.36~792.30 μm,均值纵横比为0.66,均值圆形度为0.806,均值方向差异指数为0.111。小粒径颗粒占比大,10 μm以下颗粒占44.19%。颗粒方向差异指数呈近似正态分布,表明大量颗粒表面粗糙程度近似,并存在少量表面较为光滑和粗糙的颗粒。小粒径颗粒大小与纵横比、圆形度均呈负相关,与表面粗糙程度相关性低,大粒径颗粒大小与形态没有相关性。研究还发现嫦娥五号样品比Apollo 11和Apollo 15样品的颗粒的圆形度更小,形态更不规则。
张鹏,代巍,白一帆,张光,牛冉,刘成保,王之,郑海菠,杨瀚哲,刘光辉,刘欣,童小华
2024, 52(8):1188-1198. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.24224
摘要:月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月球资源利用等方面的研究成果。首先回顾了阿波罗计划、阿尔忒弥斯计划、嫦娥工程等月球探测任务,针对其中的科学研究任务实施情况及关键成果进行了总结,并分析了后续载人月球科学任务发展趋势。在此基础上,对人类在开展未来载人月球探测任务过程中重点部署的方向提出了建议,涉及月球样品采集、月球科学探测,以及月球原位资源利用等方面。对载人月球探测科学研究发展趋势的分析及建议,可为未来载人登月相关论证设计提供参考。
2024, 52(8):1199-1208. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.24229
摘要:我国行星探测工程火星取样返回任务属于国际行星保护政策中的V类限制性返回任务。需开展严格的行星保护工作,避免地球和火星之间出现交叉生物污染,并进而推动取得重大科学发现。依据天问三号任务行星保护设计规范,结合工程任务特点,利用系统工程方法论,进行行星保护工作标准化研究和需求分析,开展行星保护标准体系顶层设计,从纵向和横向两个维度构建了天问三号任务行星保护标准体系框架,制定了天问三号任务行星保护标准规范明细表,支撑了天问三号任务行星保护标准规范体系化建设。该研究成果和经验对提升我国深空探测行星保护工作的标准化水平具有重要借鉴和实践意义。
2024, 52(8):1209-1218. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22381
摘要:接缝是节段预制拼装桥梁的薄弱部位,为确保节段间的定位和传力,设计了钢榫键接缝。为充分完整掌握钢榫键接缝局部剪切性能,基于试验研究,结合理论分析对钢榫键接缝的抗剪机理和计算方法进行深入研究。研究结果表明:在侧限压力的作用下钢榫键接缝借助榫键和混凝土的接触受压来传递接缝间的剪力,接缝具有较高的抗剪承载力和良好的延性。结合钢榫键接缝的传力机制,构建了适用于钢榫键接缝的力学模型,揭示了钢榫键接缝的抗剪机理及破坏模式,包括:榫键剪切破坏、混凝土局部受压破坏(接触面压碎、接触面端部膨胀、劈裂破坏)、混凝土撕裂破坏。最后,建议采用钢榫键剪切破坏作为钢榫键接缝抗力设计的依据,同时应对钢榫键周围混凝土强度进行验算。
2024, 52(8):1219-1226. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22383
摘要:针对气压辅助工法应用越来越多工程实践,基于Geostudio Air/w建立的气-水-固耦合数值计算模型,探讨了不同盾构隧道顶部埋深、上覆闭气层厚度、地层性质以及盾构压力舱空舱高度对开挖面渗气量的影响。结果表明:分析广州地铁21号线某区间土压盾构气压辅助工法的应用案例,压缩空气渗气量控制在1.2 m3·min-1内,在开挖面建立稳定的支护压力,确保盾构掘进达到微扰动控制水平;闭气能力强的粉质黏土和黏土地层土压盾构掘进时,通过向压力舱注入少量压缩空气可以更好的保持开挖面支护压力的稳定;渗透系数较大、地质分布不均的砂卵石、上软下硬地层,难以进行满舱掘进时,可根据隧道埋深和上覆闭气层厚度来选择合适的空舱高度,确保压缩空气逃逸量小于产气量;土压盾构穿越渗透性地层,上覆闭气层厚度在10.0 m以上、或埋深大于28.0 m时,压缩空气逃逸量较少,也不易发生压缩空气逃逸冒顶。
2024, 52(8):1227-1237. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22373
摘要:为探究系列以周期性分布的单排透水鱼礁型潜堤群对波浪传播变形以及波生湍流场的响应特性,通过水槽试验和数值模拟,对短周期规则波作用下不同间距布设的鱼礁型潜堤群波浪传播特性展开了研究。试验测定了短周期入射波况下无间距鱼礁型潜堤群的波面高度及其变化过程,波浪在发生浅水变形后波能耗散波高显著减小,但由于堤顶淹没水深较大波浪仍保持准对称性的正弦波形态向前传播。基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamic,SPH)方法建立了验证后的二维无反射数值波浪水槽,模拟了间距比为0.5~3.0的鱼礁型潜堤群的波浪传播过程。数值结果表明:鱼礁型潜堤群的间距对波浪反射影响非常大,各工况下鱼礁型潜堤群的反射系数均大于0.75;透射系数总体上随着间距比的增大而减小。特别地,当间距比为2.5时,堤顶波高骤升,反射系数达到最大,透射系数几乎最小,这是由于波浪与鱼礁型潜堤群发生了同频共振的布拉格反射效应,此时迎浪堤上方的上涌流范围和流速也达到最大。
2024, 52(8):1238-1249. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23272
摘要:为研究长三角地区建筑业碳排放趋势及减排路径,建立了随机森林与回归分析相结合的建筑业碳排放模型,针对长三角地区进行了基准情景和减排情景分析。结果表明,长三角建筑业总体在2035年实现碳达峰,上海和浙江可以在未采取额外减排措施的情况下,于2030年前实现建筑业碳达峰。至2060年,常规减排措施可减少47.84%~60.99%的碳排放,其中“减少新建、以改代拆”的减排力度最大,可以减少13.54%~18.65%的碳排;一体化政策可以在常规减排的基础上再减少2.71%~18.34%的碳排;在各减排措施理想化实施的条件下,长三角各地建筑业需要借助外部措施(例如社会电力清洁化)再减排13.26%~17.12%,从而达到2060年碳中和。该结论可为其他一体化区域的建筑业低碳发展提供研究思路和依据。
2024, 52(8):1250-1260. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22281
摘要:变曲率匝道曲率不固定、平面布局多样,是自动驾驶面临的复杂道路场景。提出了一种考虑“车-路”耦合风险的换道算法,用以优化变曲率匝道下换道轨迹的安全性。算法以五次多项式为基础建立候选换道轨迹集,综合风险、效率和舒适性指标构建代价评估函数,实时执行代价最低的轨迹。算法在直接汇入式和平行布置式加速车道布局下进行了仿真测试,结果表明在保证效率的前提下,车辆间的冲突风险程度在加速车道直接汇入式和平行布置式两种布局下分别降低13.9%和12.6%,可以改进自动驾驶轨迹在复杂驾驶场景的安全性。
2024, 52(8):1261-1269. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22454
摘要:超导电动磁浮列车运行过程中电磁阻尼较小,借助列车直线同步电机牵引控制,设计悬浮稳定性控制系统,为列车的悬浮稳定提供一种技术手段。以MLX01型超导电动磁浮列车为研究对象,结合单个转向架与地面线圈组成结构的场-路-运动耦合数值模型,揭示了超导电动磁浮列车的悬浮特性。研究了超导电动磁浮列车超导磁场强度、悬浮位移、运行速度以及标准空气气隙之间的关系特性,分析了不同超导磁场强度和标准空气气隙下单个转向架悬浮方向电磁弹簧系数变化规律。采用矢量控制策略实现了超导磁浮列车直线同步电机直轴和交轴分量的解耦,建立了直轴电流与悬浮力之间的数值表达式,设计了悬浮稳定性控制结构,并采用状态反馈实现悬浮系统的极点配置。通过对比采用悬浮稳定性控制结构前后转向架平衡位移响应,证明了采用悬浮控制结构的有效性。研究结果表明,采用悬浮稳定性控制系统可有效抵抗外部干扰,维持列车的悬浮稳定,也可进一步提高列车的乘坐舒适性。
2024, 52(8):1270-1277. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23268
摘要:锑的各种形态中三价锑和五价锑的毒性较高,在城市土壤锑组成中占比也较高。研究了萃取方式、萃取剂、萃取条件、色谱分离流动相条件等因素对土壤中价态锑提取和分析的影响,建立了完整的土壤价态锑萃取-分析方法。研究推荐以柠檬酸溶液为萃取剂,70℃恒温振荡萃取的方式提取价态锑,萃取液以乙二胺四乙酸二钾+邻苯二甲酸为流动相,经色谱分离后利用电感耦合等离子体质谱仪对不同价态的Sb进行分析。所建立的方法检出限低,准确性精密度好,可用于实际土壤样品中价态锑的有效提取与测定。
2024, 52(8):1278-1285. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22462
摘要:在混凝土弹塑性损伤理论框架下,为反映材料力学行为的率相关性,对静力损伤演化进行了动力扩展。混凝土在动力加载下的损伤演化滞后于静力加载而引起强化现象,借鉴黏塑性理论,在损伤子空间建立了两类格式的动力黏损伤演化模型:Perzyna模型和Duvaut-Lions模型。分别从本构理论和数值计算结果上对两类黏损伤演化模型进行了对比研究。从理论上来看,两类模型具有不同的黏性化变量;从模拟结果上来看,两类格式的线性黏损伤模型的计算结果基本重合,而两类非线性的黏损伤模型得到的结果存在差异。另外,两类非线性的黏损伤模型预测的混凝土动力强度的提高与试验数据吻合较好,说明均可反映混凝土材料的率相关性。
2024, 52(8):1286-1296. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23240
摘要:硫酸盐渍土地区现浇结构广泛存在多源-多离子耦合腐蚀,利用砂浆内掺Mg2+、Cl-以及SO42-并置于不同的腐蚀环境中,在腐蚀期间分别测定试样的孔隙分布、质量、尺寸以及不同深度硫酸盐浓度的变化,同时测定了抗折、抗压强度的演变规律。采用扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)及热重分析(TG-DTG)等方法观测试样微观结构及矿物成分变化。试验结果表明,内源腐蚀增加了试样的有害孔含量,加速了腐蚀进程;内源腐蚀对试样抗折强度的发展具有明显的不利影响,较无内源腐蚀试样抗折强度降低了50%~67%;内源Mg2+严重影响了硫酸盐环境中试样抗折强度的发展,试样的抗折强度仅为无腐蚀组的4.4%;试样表层的Mg2+缓解了有害孔隙含量增加趋势,对内部结构具有一定的保护作用。
2024, 52(8):1297-1304. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23096
摘要:针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、流量控制阀与氢气循环泵的控制策略,并就某一型号电堆的变负载工况对系统模型与控制策略进行仿真验证。结果表明:电堆阳极压力可快速跟踪给定压力,响应时间约2~3s;氢气流量可适应负载变化需求,其瞬时超调量与压力响应速度成正相关;稳态时氢气利用率维持在95%以上,供氢过量比维持在1.27以上,供气氮含量维持在5%以下,满足电堆性能需求。
2024, 52(8):1305-1311. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22457
摘要:在贪婪Kaczmarz方法中, 通过对系数矩阵进行正交三角分解引入右预处理子能够提高贪婪Kaczmarz方法的收敛速率。但在系数矩阵的行数远大于列数的情况下, 正交三角分解的成本过高。为降低预处理的成本, 通过引入Count Sketch变换, 提出了基于Count Sketch的预处理贪婪Kaczmarz方法, 并对新方法进行了收敛性分析。理论分析说明了新方法在系数矩阵条件数较大时比已有方法具有更好的收敛速率。数值实验验证了新方法的有效性。
2024, 52(8):1312-1320. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22452
摘要:近期中央及各级地方政府加大政策力度积极培育“专精特新”中小企业,并着力提升“专精特新”中小企业的竞争力。通过分析国内外文献构建了企业竞争力影响模型,并且针对608家上海市“专精特新”中小企业6年的面板数据开展回归分析。分析后发现企业的研发强度对于由毛利率表征的企业竞争力有直接影响,企业专利、政府专项支持分别具有中介效应和调节效应。此外,政府专项支持对于新能源汽车行业的企业调节效应更为显著。基于分析结果提出了提高“专精特新”中小企业竞争力的政策建议。
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