Attitude Control of Solar Sail with Reflectivity Control Devices
本文研究利用反射率控制装置（RCDs）替代磁力矩器，为太阳同步轨道太阳帆进行动量卸载，以防止反作用轮饱和，并评估其在近地及深空任务中的适用性。
2025-05-26 physics.space-ph
Exploring the Kuiper Belt with Sun-diving Solar Sails
我们讨论了一种可能性，调查许多柯伊伯带天体（KBO）的一次发射使用几个小规模的航天器，每个配备有太阳帆，这可以从一个单一的行星际巴士在近日点的工艺品的太阳轨道展开。每个小型航天器将携带一个科学有效载荷，并将被引导与一个或多个KBO相交。拟议的设想如下：帆作为有效载荷被携带到相对较小的日心距离（0.1 - 0.3 AU）。一旦到达近日点，船帆就会展开。除了由于太阳辐射产生的电磁推进之外，另一种机制可能是方便的：热解吸，这是一种质量损失的物理过程，可以提供额外的推力，因为加热释放嵌入太阳帆表面的原子。因此，由于热解吸作用，帆会经历额外的推进力，这大大增加了帆每年行驶的距离。
2018-09-30 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.pop-ph
Relativistic Light Sails
一种提议的航天器到达附近恒星的方法是利用太阳辐射压力或定向能量加速帆。这一想法构成了突破摄星项目背后的论文，该项目旨在将一个克质量的航天器加速到光速的五分之一，驶向Proxima Centauri。对于这种情况，帆的低质量和相对论速度的结合使以前的处理正式不正确，包括爱因斯坦本人在1905年的开创性论文中介绍的狭义相对论。为了解决这个问题，我们提出了帆的加速度公式，首先在响应单个光子，然后扩展到合奏。我们展示了帆的运动是如何响应于入射光子的合奏相当于一个能量等于合奏的单光子。我们使用这种“合奏等效原理”完美和不完美的镜子，使一个简单的分析预测帆的速度曲线。使用我们的研究结果，并采用假定的参数Starshot，我们估计，以前的相对论处理低估了航天器的终极速度约50米/秒的相同的入射能量，足以错过几个地球半径的目标。此外，我们使用一个简单的模型来预测在激光发射期间帆的温度和衍射光束损失，使我们能够估计，对于几分钟的发射时间和低于300 C（573 K）的工作温度，Starshot将需要一个吸收不到1/260，000光子的帆。
2017-11-22 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
The Sun Diver: Combining solar sails with the Oberth effect
高反射率的帆提供了一种利用太阳辐射压力将航天器推出太阳系的方法。当宇宙飞船开始向外飞行时，它离太阳越近，辐射压力就越大，最终速度也就越大。对于在地球轨道上启动的航天器来说，可以通过火箭发动机的逆行脉冲来实现更近的距离。然后在最接近太阳的地方展开帆。利用所谓的奥伯特效应，在最接近时的第二个冲量将进一步提高最终速度。在这里，我研究如何在这个过程中最好地分配固定的总冲量（Δv），以使帆在无穷远处的速度最大化。一旦Δv超过了一个取决于帆的亮度值（太阳引起的加速度的量度）的阈值，最好的策略是使用逆行冲动中的所有Δv尽可能接近太阳俯冲。在阈值以下，最好的策略是使用所有的Δv来产生冲击波，因此根本不俯冲。虽然更大的速度可以通过多级脉冲传输来实现，但这项研究显示了将脉冲与太阳帆相结合的一些有趣且可能违反直觉的后果。
2020-09-26 astro-ph.IM physics.class-ph physics.pop-ph
Project Lyra: Catching 1I/'Oumuamua -- Using Laser Sailcraft in 2030
2017年10月发现的星际物体被命名为1 I/'Oumuamua，是第一个在我们的太阳系中观测到的此类物体。1 I/'Oumuamua具有其他从未在天体中见过的特征，现场观测和测量将具有非凡的科学价值。以前的研究已经证明了航天器轨道的可行性'Oumuamua使用化学推进与太阳Oberth燃烧在近日点低至几个太阳半径。除了化学推进之外，还有可能执行利用地球上的激光器发出的激光束辐射压力加速光帆的飞行任务。基于按比例缩小的突破性Starshot波束基础设施，已提出使用0.001 c的较低帆船速度进行行星际飞行任务和外太阳系飞行任务，放宽激光功率要求（1-100公斤航天器为3-30 GW）和各种其他飞行任务限制。本文使用OITS轨迹模拟工具，假设一个脉冲$Δ$ V增量，来分析在2030年发射并假设它已经加速到300 km/s的最大速度（约100 km/s）的帆船可能遵循的轨迹。0.001c）的激光。发现2030年7月发射的最小飞行时间为440天。拦截将在82 AU以外进行。我们的结论是，发射大量的航天器和达到1 I比化学推进快得多的可能性将规避先前提出的任务架构的几个缺点。
2020-06-06 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
Project Lyra: Sending a Spacecraft to 1I/'Oumuamua (former A/2017 U1), the Interstellar Asteroid
在我们的太阳系中观察到的第一个明确的星际物体1 I/'Oumuamua（以前是A/2017 U1）提供了直接研究其他恒星系统材料的机会。这些物体能否被拦截？在合理的时间范围内到达该物体的挑战是艰巨的，因为它具有约26公里/秒的高日心双曲超高速，比迄今发射的任何飞行器都快。本文介绍了对1 I/'Oumuamua和潜在类似物体的飞行任务的潜在近期选择的高级别分析。在5-10年的合理时间范围内向1 I/'Oumuamua发射航天器，要求双曲线太阳系的超高速在33 - 76公里/秒之间，任务持续时间在30 - 5年之间。不同的任务持续时间和它们的速度要求进行了探讨，相对于发射日期，假设直接脉冲转移到拦截轨道。对于使用动力木星飞越结合使用固体火箭助推器和帕克太阳能探测器热屏蔽技术的太阳能奥伯特机动的任务，如果在2021年发射，猎鹰重型发射器将能够向1 I/'Oumuamua发射数十公斤的航天器。额外的土星飞越将允许发射新视野级航天器。还概述了进一步的技术选择，包括电力推进和更先进的选择，如激光电力推进，太阳能和激光帆。为了最大限度地提高科学回报率，在'Oumuamua减速航天器是非常可取的，因为超高速相遇的科学回报率最低。电帆和磁帆可用于此目的。得出的结论是，虽然达到目标是具有挑战性的，似乎有可行的选择基于当前和近期的技术。
2018-10-19 physics.space-ph
Solar Sail Momentum Management With Mass Translation and Reflectivity Devices Using Predictive Control
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出了一种基于模型预测控制的太阳能帆板动量管理方法，通过主动质量翻译器和反射率控制装置实现高效动量管理。
2025-11-14 physics.space-ph
A Virtual Solar Wind Monitor at Mars with Uncertainty Quantification using Gaussian Processes
针对单航天器无法持续测量火星原始太阳风的问题，研究基于MAVEN任务数据，采用高斯过程回归开发了带不确定性量化的虚拟太阳风监测器，可实现2014年末以来大部分时间的连续估算，可用于火星空间环境等统计研究。
2024-07-14 physics.space-ph stat.AP
The beryllium hollow-body solar sail: exploration of the Sun's gravitational focus and the inner Oort Cloud
研究了充氢铍空心体星际太阳帆在太阳辐射压加速过程中的航天器运动学、近日点峰值温度和空间环境效应。我们表明，扩散减轻了板上填充气体储备和静电压力可以减轻近日点距离的增加。对于0.1天文单位的近日点，一个半径为937米的帆，帆质量为150公斤，有效载荷质量为150公斤，近日点帆温度约为1000 K，峰值加速度约为0.6 g，太阳系出口速度约为400 km/s。在帆展开后，飞船在2.5年内到达200 AU的太阳风层顶，太阳的内部引力集中在550 AU，大约6.5年，30年内到达2，550 AU。Be空体帆可以在2040年后的时间框架内应用，以验证广义相对论关于太阳内部引力焦点的预测，并探索太阳内部奥尔特彗星云中的粒子和场。
2008-09-20 physics.gen-ph physics.space-ph
Mars Missions Failure Report Assortment: Review and Conspectus
许多航天公司已经成功地探索了火星。在全球范围内，进行了44次飞行尝试，不幸的是，26次遇到挫折。曾经有过这样的例子，在逐步完成航天序列的过程中，一个微不足道的错误可能会导致极端的损失。为此，本文调查了几个试图前往火星的航天器的故障记录和调查报告。该报告包括一份精确和总结的报告，评估了各种适当的在线资源以及已发表的研究文章。从发射到火星着陆，分析记录、航天飞行顺序图和完成的任务目标在技术上都被制成表格。此外，我们估计了大致的任务持续时间，失败率，以及它们的比例，并以图形方式描绘。此外，我们还生成了关于国家、航天器类型和运载火箭的航天器发射次数的图形表示。
2021-01-13 physics.pop-ph physics.space-ph
M5 -- Mars Magnetospheric Multipoint Measurement Mission: A multi-spacecraft plasma physics mission to Mars
针对火星感应磁层，提出五航天器M5任务，通过多点测量研究磁尾动力学与能量输运，以助力理解大气逃逸。
2025-10-08 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Influence of Solar Sails on Magnetic Field Measurements in Space Plasmas
本文研究太阳帆对空间等离子体磁场测量的影响，发现金属帆中的涡电流和磁堆积效应可能扰动磁场，为评估帆-等离子体相互作用对磁力计性能的影响提供初步指南。
2025-10-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Making waves: Mirror Mode structures around Mars observed by the MAVEN spacecraft
我们提出了一个深入的分析的时间间隔时，准线性镜模式结构检测到的磁场和等离子体测量所观察到的美国宇航局/火星大气和挥发性EvolutioN（MAVEN）航天器。我们采用离子和电子光谱仪串联支持的磁场测量和确认的签名确实是镜像模式。楔入磁堆积边界，低频信号平均持续$\sim$ 10 s，相应的大小为15-30个上游太阳风质子热回旋半径，或10-20个质子回旋半径的准垂直弓形激波的直接尾流。它们的峰到峰幅度相对于背景场为30-35 nT的量级，并且表现为谷和峰的混合，这表明它们可能处于演化的不同阶段。位于一个边缘稳定的等离子体与$β_{||}\sim$ 1，我们假设，这些所谓的磁瓶，包含相对较高的能量和密度相对于背景等离子体的离子群体，形成的航天器上游的准垂直冲击后面。这些特征让人想起在其他未磁化的物体（如金星和彗星）上发现的磁瓶，也被解释为镜像模式。我们的案例研究构成了第一个明确无误的识别和表征的镜像模式在火星的磁场，电子和离子测量的联合观点。到目前为止，缺乏高时间分辨率的等离子体测量阻止了这样的深入研究。
2022-02-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Testing frame-dragging with the Mars Global Surveyor spacecraft in the gravitational field of Mars
在本文中，我们提出了一个解释的RMS重叠差的平面外的部分$N$的火星极地轨道器火星全球勘测者（MGS）的轨道在约5年的时间跨度Δ P（1999年11月14日至2005年1月14日）的广义相对论引力磁场透镜-Thirring效应的时间序列。结果表明，在Delta P上的这样一个时间序列的平均值，归一化为相同时间跨度内预测的Lense-Thirring平面外平均偏移，为μ= 1.0018 +/- 0.0053。所考虑的时间序列在Delta P上的线性拟合产生归一化斜率1.1 +/- 0.3，加强了我们对由于火星重力磁力而确定的MGS平面外运动特征的解释。
2007-05-14 astro-ph gr-qc hep-ph
The solar sail and the mirror
研究了非相干光在不同表面上的辐射压。热力学规则，首先由卡诺在1824年，描述了限制的数额自由能，可以获得的来源，热能，他给了令人信服的理由，这一规则，如果更多的自由能比他规定可以提取，然后热泵可以使用的自由能和重新创造所有的热能已经消耗。这样就可以制造出永动机。现在，179年后，有人提出要驾驶一艘航天器，预计将获得速度从辐射压力的阳光预计将施加在太阳帆，面板的薄塑料板，镜子表面上的一面面对太阳。然而，详细审查这一建议表明，它是在直接冲突与卡诺的规则，并没有这样的压力，可以预期。要么卡诺公认的规则是错误的，要么太阳帆的建议根本行不通。
2003-06-05 physics.optics physics.space-ph
Numerical simulation of a rotating magnetic sail for space applications
针对磁帆尺寸与捕获效率的平衡问题，提出带初始转速的新型旋转磁帆，经三维粒子模拟验证其推力随转速提升，在近地高密度等离子体轨道应用潜力突出。
2023-05-07 physics.app-ph physics.space-ph
Exploiting dynamical perturbations for the end-of-life disposal of spacecraft in LEO
作为在地平线2020 ReD项目中进行的动力学分析的一部分，这项工作分析了通过脉冲机动引导低空卫星重返大气层的可能策略。我们认为，在半长轴，偏心率和倾角的初始条件的细网格，我们确定的轨道，可以符合25年规则的目标，一个单一的燃烧战略。除了大气阻力外，我们还寻找其他动力学扰动（主要是太阳辐射压力）提供的帮助，以促进再入。实际上，在低地轨道物体的典型面积质量比的情况下，我们观察到，动态共振只能与大气阻力结合起来考虑，而且只适用于非常有限的一组初始轨道。相反，如果航天器上有一个面积扩大装置，如太阳帆，我们证实可以提供更广泛的处置解决方案。利用这一信息设计一种改进的缓减方案，可适用于低地轨道上的任何卫星。
2018-05-10 physics.space-ph
Boltzmann electron PIC simulation of the E-sail effect
太阳风电帆（E-sail）是一种计划中的太空推进装置，它利用自然的太阳风动量通量，在长的、带电的、离心拉伸的系绳的帮助下推进航天器。然而，准确预测E帆推力的问题仍然有些开放，这是由于系绳可能捕获的电子数量。在这里，我们开发了一种新型的粒子在细胞（PIC）模拟预测E帆推力。在新的模拟中，电子被建模为流体，因此类似于混合模拟，但与正常的混合模拟相比，泊松方程被用于正常PIC计算自洽静电场。对于电子排斥部分的潜力，玻尔兹曼关系被使用。对于吸引电子的部分的潜力，我们采用幂律，其中包含一个参数，可以用来控制被困电子的数量。我们进行了一组运行不同的参数，并选择一个与最小数量的被困电子仍然表现在物理意义上有意义的方式在这个意义上产生不超过一个太阳风离子偏转冲击上游的系绳。通过这个公式，我们得到的每系绳长度的推力值与以前的估计一致，虽然有点小。我们认为，Boltzmann PIC模拟是模拟E帆推力的一种新工具。该工具使我们能够快速计算解决方案，并允许轻松研究捕获电子的不同情况。
2015-12-17 astro-ph.IM physics.space-ph
Electron density distribution and solar plasma correction of radio signals using MGS, MEX and VEX spacecraft navigation data and its application to planetary ephemerides
火星全球探测者号（MGS）、火星快车号（MEX）和金星快车号（VEX）经历了几次超级太阳合相。当地球和航天器之间的视线经过日华区域附近时，这些会合会导致无线电信号的严重退化。这项工作的主要目标是从太阳会合时获得的航天器导航数据推导出一个日华模型，并估计其平均电子密度。然后使用校正或改进的数据来拟合行星运动的动力学模型，称为行星星历。利用轨道确定软件GINS对MGS卫星的射电科学原始数据进行了分析。距离偏置，从GINS获得的和欧空局提供的MEX和VEX，然后用于导出电子密度分布。这些轮廓是在不同的太阳距离间隔下获得的：MGS从12 Rs到215 Rs，MEX从6 Rs到152 Rs，VEX从12 Rs到154 Rs。这些数据是为每个航天器单独采集的，分别为进入和离开阶段采集的，以及两个阶段一起采集的，包括不同类型的太阳风（快、慢）和太阳活动阶段（最小、最大）。我们比较了我们的结果与以前的估计是基于现场测量，太阳III型无线电和无线电科学研究在不同阶段的太阳活动，并在不同的太阳风状态。我们的结果是一致的，通过这些不同的方法获得的估计。此外，拟合的行星星历，包括补充数据，纠正了日华扰动，显着提高外推能力的行星星历和小行星质量的估计。
2013-01-07 physics.space-ph
Spacecraft With Interstellar Medium Momentum Exchange Reactions: The potential and limitations of propellantless interstellar travel
所有已知的星际运输方法都遇到了巨大的技术或工程障碍，甚至依赖于推测性的未知科学。特别是考虑到最近公众对奇异的“电磁驱动”的兴奋和随之而来的失望，值得指出的是，基于完善的物理原理，无推进剂太空旅行是非常可能的。本文提出了一种新的传输模式，它依赖于电场调节与星际介质中电离粒子的动量交换。这一机制的应用面临着重大挑战，需要对空间进行工业规模的开发，但技术障碍与光帆或粒子束动力飞行器所面临的障碍不同，而且可能更容易解决，这取决于技术的不确定性。这种太空旅行模式非常适合于以小于或约为0.05c的速度进行节能旅行，并且在能量消耗的基础上与轻帆进行了非常好的比较。因此，它代表了一种非常有吸引力的运输方式，用于携带大量有效载荷到附近恒星邻居的缓慢（~数世纪）航行。这对于那些能量密集型的任务来说是很有用的，比如为阿尔法星A周围的未来殖民地运输一艘发电船或散装材料。
2019-06-13 physics.pop-ph physics.space-ph
Solar Wind Classifications at Mars using Machine Learning Techniques
West Virginia University（西弗吉尼亚大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；Boston University（波士顿大学）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Iowa（爱荷华大学）
本文利用机器学习技术对火星上的太阳风进行分类，通过主成分分析和K均值聚类识别出不同的太阳风模式，揭示了太阳活动对这些模式的影响。
2026-11-09 physics.space-ph
Passivity-Based Robust Shape Control of a Cable-Driven Solar Sail Boom for the CABLESSail Concept
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出基于被动控制的鲁棒控制器，用于精确控制CABLESSail概念中柔性缆驱动太阳帆支架的形状。
2025-10-18 cs.SY eess.SY physics.space-ph
Sailing Towards the Stars Close to the Speed of Light
作者描述了辐射推动帆的一般运动，这些帆在定向能推进下加速到接近光速。该模型的实际应用也给出了，包括星际飞越任务的半人马座阿尔法恒星系统所设想的突破Starshot计划。驱动光束和帆的运动方向之间的任何不对准在朝向相对论速度的加速过程中自然地被扫除，但导致大约80 A. U.对于朝向半人马座阿尔法星加速到0.2c的帆，初始偏差为1弧秒。然后，探测器感受到的巨大的固有加速度（2500克），巨大的能源成本（每个探头约13 kt），因为效率低（约3%），行程持续时间（22至33年），热力学平衡时的温度（约1500 K）和船载时间膨胀（约160天差），并讨论了它们随帆面反射率的变化。我们还提出了一个应用程序，在太阳系内使用双级光帆的单次旅行。一艘质量为24吨的宇宙飞船可以在大约7个月内从地球出发并在火星停留，峰值速度为30 km/s，但由于定向能系统的效率极低，因此代价是大约$5.3\times 10^4$ GWh的巨大能量成本，在这种低速情况下大约为$10^{-4}$。
2020-11-06 gr-qc physics.class-ph physics.pop-ph
Widespread plasma jets in the Martian magnetosheath revealed by dual-spacecraft observations
Boston University（波士顿大学）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）；The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
本研究利用MAVEN和天问一号双航天器观测，发现火星磁鞘中广泛存在等离子体射流，并揭示其形成与火星氢冕产生的拾取离子驱动质子回旋波有关，表明行星固有属性在太阳风-行星耦合中起重要作用。
2026-09-18 astro-ph.EP physics.space-ph
Investigation of HZE particle fluxes as a space radiation hazard for future Mars missions
计划在不久的将来进行的载人火星飞行任务，在太阳活动非常低的时期，因此主要由于银河宇宙射线而高于可接受的辐射剂量，将需要特殊的技术和技术发展来保持宇航员的良好健康。本研究试图对未来几年的太阳活动和空间辐射环境进行评估和预测，特别是由于高能重离子（称为HZE带电粒子）的丰度。这些HZE粒子通量对宇航员以及航天器的关键电子部件构成重大危险。从ACE航天器获得的关于HZE物种（从B到Ni）的最新数据显示，由于后一个周期的太阳黑子数量持续较低，太阳周期23和太阳周期24之间（SSN峰值2002和2014之间）的粒子通量明显增强。这些宇宙线通量的峰值出现在一个特定的11年周期的太阳黑子的相应最小值的大约一年的时间滞后，这是伪周期的性质。这一点通过对1700 - 2018年长周期年平均太阳黑子数资料的傅立叶变换和小波变换分析得到了证明。同样的时间序列数据也用于训练混合回归神经网络（HRNN）模型，以生成太阳周期25（2019 - 2031）的预测年平均太阳黑子数。对这一新的年度太阳黑子数系列的小波分析，包括到2031年底的预测，显示了一个明显的趋势，即低太阳活动的持续，因此在太阳活动周期24中持续存在非常高的HZE通量，进入太阳活动周期25，也许更远。
2022-02-01 physics.space-ph
Self-referencing photothermal common-path interferometry to measure absorption of Si3N4 membranes for laser-light sails
本研究提出自参考光热共路干涉法，测得化学计量比Si₃N₄薄膜1064nm处低吸收系数，验证其适用于高光强激光光帆，该技术可推广至各类低损耗薄膜材料测试。
2025-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Universal scaling relation for magnetic sails: momentum braking in the limit of dilute interstellar media
激光推进研究的最新进展大大推进了在几十年内实现星际空间飞行的前景。在这里，我们研究被动减速通过电离星际介质的动量制动。由于星际密度低，需要非常大的面积与质量的关系，大约每$\mathrm{cm}^{3}$ 0.1个粒子或更低，这可能通过超导线圈产生的磁帆来实现。积分星际质子击中毕-萨环的运动方程，我们评估的有效反射面积$A(v)$的速度$v$的工艺。我们发现，数值数据拟合超过两个数量级的缩放关系$A(v)\ =\ 0.081A_R\log^3(I/(βI_c))$，其中$A_R=πR^2$是裸帆面积，$I$的电流和$β=v/c$。临界电流$I_c$为$1.55\cdot10^6$安培。由此产生的通用减速剖面可以进行分析评估，并优化任务参数，以达到最小的飞行器质量。对于一个样本高速过境比邻星的情况下，我们发现，磁动量制动将涉及令人生畏的质量要求的顺序$10^3$吨。对Trappist-1系统的低速飞行任务可以在另一边用一个1.5吨重的航天器实现，这将进一步符合目前设想的定向能发射系统的规格。然而，延长的巡航时间为$10^4$年的数量级意味着，对Trappist-1系统的飞行任务只适用于与时间限制无关的飞行任务概念。
2018-05-09 astro-ph.IM physics.space-ph
Effect of Incoming Solar Particle Radiations on The Exosphere of Mars
火星轨道飞行器任务（MOM）的火星外大气层中性成分分析仪（MENCA）测量火星的\emph{in-situ}中性高层大气成分。火星低层大气中主要存在$CO_2$，它在离外底很近的高海拔地区光解为原子氧（$O$）。原子$O$在激发火星电离层中更强的$O_2^+$存在方面起着重要作用。初级光离解物种$CO_{2}$，在无碰撞的非均匀大气中，随着当地太阳条件的变化，与原子$O$交叉其中性丰度。火星大气和挥发物演化（MAVEN）上的中性气体和离子质谱仪（NGIMS）仪器的初步测量估计，在太阳光照最大的太阳最大条件下，这些交叉/过渡高度在$\approx$ 225公里至240公里之间波动。MENCA在2018年6月期间，在低太阳活动条件下，对外底以下高达$\approx$ 160 km的中性大气物种进行了采样。观测$CO_2$和$O$在后续轨道上的分压表明，太阳输入在量化这些交叉点方面至关重要，其中$[O]/[CO_2]$保持统一，同时受到温度的影响。在火星当地傍晚时分观测并介绍了多航天器测量太阳风带电粒子通量和速度对中性热层/外逸层组成的日变化的直接影响。它标志着有史以来第一次直接\emph{in-situ}观测高能太阳粒子辐射对火星外逸层成分之间的相互作用，可能有助于稳定逃逸和外逸层中原子$[O]$的不同种群。
2022-02-01 physics.space-ph
Design of a rapid transit to Mars mission using laser-thermal propulsion
以火星快速运输为设计目标，探讨了定向能在航天器任务设计中的应用。光子激光器技术的不断发展将使一个前所未有的尺寸（直径10 μ m）和功率（100 MW）的地球激光器阵列成为可能。这种尺寸并结合大气补偿的相控阵激光器将能够向地月空间的航天器提供激光功率，入射激光通过充气反射器聚焦到氢加热室中。氢推进剂然后通过喷嘴排出以实现3000 s的比冲。该架构被证明是立即可重复使用，通过烧回机动返回推进单元，而仍然在地球上的激光范围内。容忍更大的激光通量的能力使得能够实现高推力和高比冲的组合，使得这种方法与激光-电推进相比是有利的，并且占据类似于气芯核热火箭（没有必要的反应堆）的参数空间。加热室及其相关的再生冷却和推进剂处理系统是设计的关键要素，在这项研究中受到特别关注。还详细分析了45天过境后到达火星所需的天体动力学和极端的空中捕获机动。讨论了激光热推进作为太阳系内外其他快速运输飞行任务的赋能技术的应用。
2022-01-01 physics.pop-ph physics.space-ph
Optical Flashes from Beam-Driven Light Sails with the Roman, Rubin and Euclid Observatories
Astronomy Department, Harvard University（哈佛大学天文学系）
研究光帆驱动光束泄漏产生的光学瞬变，提出利用Roman、Rubin和Euclid巡天数据以零额外成本探测银河系内光帆活动，并给出发射率约束窗口。
2026-09-09 astro-ph.IM physics.space-ph
A monitoring campaign (2013-2020) of ESA's Mars Express to study interplanetary plasma scintillation
本文利用2013-2020年EVN等对火星快车X波段信号的观测，通过相位波动和总电子含量分析研究太阳风等离子体湍流，测得谱指数-2.43±0.11，并解释了高太阳伸长角下的异常现象。
2023-02-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Response of the Martian Ionosphere to Solar Activity including SEPs and ICMEs in a two week period starting on 25 February 2015
在2015年2月至3月的两周内，一系列行星际日冕物质抛射（ICME）和（太阳高能粒子）SEP与火星接触。几个航天器观测到了这种相互作用，包括火星快车（MEX）、火星大气和挥发物演化任务（MAVEN）和火星奥德赛（MO）。ICME扰动的特征在于离子速度、等离子体温度、磁场大小和高能电子通量的增加。此外，增加的太阳风的密度和速度，异常高的本地电子密度和高流速的夜侧在高海拔地区在3月8日事件期间被检测到。这些影响被认为是由于电离层等离子体远离火星的运输。在近拱点的峰值电子密度显示出大幅增加，在第二次ICME期间在深夜面达到约2.7 x 104 cm-3的数密度，这对应于MO高能中子探测器通量的增加，表明由于带电粒子的高强度，中性大气的电离增加。在第四次ICME的冲击之前，SEP显示出显著的增强，导致撞击电离和表面回波强度的吸收，其下降到噪声水平。此外，峰值电离层密度表现出一个离散的一段时间内约30小时左右的同一位置，这可能是由于碰撞电离。此时的离子逃逸率计算为1025 - 1026 s-1，与MAVEN结果一致，但略高。
2016-10-26 physics.space-ph
Study of hot flow anomalies using Cluster multi-spacecraft measurements
热流异常（HFA）最早于20世纪80年代初在地球弓形激波处被发现。在1990年代，对这些特征进行了非常深入的研究、观测和模拟，许多新的飞行任务再次将注意力集中在这一现象上。许多基本特征和HFA的形成机制，澄清了观测和使用混合模拟技术。我们描述了以前的观测，理论和模拟结果在HFAs的研究领域。本文介绍了HFA在地球、火星、金星和土星上的观测结果。我们分享不同的空间任务的观测结果，给读者一个概述。集群多航天器测量给了我们更多的观察HFA事件和更精细，更复杂的方法来更好地理解他们。在这项研究中，使用四个星团航天器上的星团磁力计和星团等离子体探测器的观测结果研究了HFAs。高能粒子测量（28.2-68.9千电子伏）也被用来检测和选择HFAs。我们研究了2003年2月至4月、2005年12月至2006年4月和2007年1月至4月期间星团测量的切向不连续性产生的HFA的几个具体特征。我们确定了形成HFAs的条件，即太阳风的风速高于平均风速。在地球上游140万公里的L1点同时进行的ACE磁场和太阳风等离子体观测也证实了这一情况。HFA事件的测量和计算的特征进行了比较与不同的以前的混合模拟的结果。2003年整个春季期间，太阳风风速均高于平均值。在这里，我们检查是否较高的太阳风速度是一个真正的条件HFA形成也在2006年和2007年。
2018-07-19 physics.space-ph
Variations of dose rate observed by MSL/RAD in transit to Mars
目的：为了预测未来载人火星任务的巡航辐射环境，太阳调制电位和辐射评估探测器（RAD）测量的剂量率之间的相关性进行了分析和经验模型已被用来量化这种相关性。研究方法：在火星科学实验室（MSL）的火星车Currency上，RAD仪器在253天的巡航阶段以及火星表面测量了广泛的高能粒子谱以及辐射剂量率。通过这些首次在从地球到火星的航天器内进行的测量，RAD观测到太阳粒子事件期间剂量率的脉冲增强以及由于太阳磁场对银河宇宙线（GCR）初级通量的调制而导致的GCR感应辐射剂量率的逐渐演变，这与长期太阳活动和日光层旋转有关。结果如下：分析了RAD测量的剂量率与太阳调制电位的关系，估算了不同太阳调制条件下的剂量率和剂量当量。这些估计有助于我们对巡航辐射环境进行近似预测，例如与未来人类火星任务相关的累积剂量当量。结论：在太阳活动极大期条件下，预测的剂量当量率可能低至当前RAD巡航测量值的四分之一。然而，未来在太阳极大期和极小期的测量对于验证我们的估计至关重要。
2015-03-23 astro-ph.SR physics.space-ph
Improving the Solar Wind Density Model Used in Processing of Spacecraft Ranging Observations
太阳等离子体作为射电信号延迟的一个原因，在太阳和行星科学中起着重要的作用。早期通过航天器测距测量研究太阳附近电子分布的实验是这样设计的，即无线电信号是在太阳附近通过的。目前，航天器跟踪观测的处理服务于一个不同的目标：精确（在米级）确定行星的轨道，最重要的是火星。太阳等离子体给这些观测增加了随时间变化的延迟，在这种情况下，这是不必要的，必须在将数据放入行星解之前减去。目前的行星星历计算延迟都是假设太阳等离子体的对称定常幂律模型。目前的工作，根据一个定制的变体的月球行星星历，提出了准确性和正确性的问题，这一假设，并审查替代模型的基础上提供的OMNI的现场数据和ENLIL的太阳风的数值模型。
2022-07-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
First report of a solar energetic particle event observed by China's Tianwen-1 mission in transit to Mars
与耀斑和/或日冕物质抛射（CME）驱动的激波相关的太阳高能粒子（SEP）会对空间探索造成严重的辐射危害。为了测量近火星空间的高能粒子，设计了中国天问一号火星高能粒子分析仪（MEPA）。在这里，我们报告了MEPA对2020年11月29日发生的广泛SEP事件的首次测量，当时TW-1正在向火星转移。这一事件发生在TW-1和地球磁连接良好的时候，被称为Hohmann-Parker效应，因此提供了一个难得的机会来了解潜在的粒子加速和传输过程。从TW-1和近地航天器的测量显示出类似的双幂律谱和径向依赖的SEP峰强度。此外，不同位置的时间-强度分布的衰减相位清楚地显示了水库效应。我们的结论是，双幂律谱可能是在加速站点生成的，一个小的，但有限的交叉场扩散是至关重要的，以了解SEP水库现象的形成。这些结果提供了洞察粒子加速和运输与日冕物质抛射驱动的冲击，这可能有助于改善相关的物理模型。
2022-07-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Direct Observations of Magnetic Reconnection in the Solar Wind Current Sheets near Mars
Boston University（波士顿大学）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）；University of Iowa（爱荷华大学）；Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校空间科学实验室）；University of Toulouse（图卢兹大学）；Kyoto University（京都大学）；Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室）
利用MAVEN数据首次直接观测到火星附近太阳风流片中的磁重联，发现Petschek型重联排气区，表明重联可显著拓宽流片。
2026-06-16 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Revisiting Mars' Induced Magnetic Field and Clock Angle Departures under Real-Time Upstream Solar Wind Conditions
Center for Space Physics and Department of Astronomy, Boston University（波士顿大学空间物理中心与天文学系）
本研究通过整合实时上游日冕层条件，重新审视火星诱导磁场特性，发现日冕层动态压力和IMF强度增强磁场，但对压缩比作用相反，且钟角偏离在磁鞘内较小，向诱导磁层内逐渐增大。
2025-12-21 astro-ph.EP physics.space-ph
A fast bow shock location predictor-estimator from 2D and 3D analytical models: Application to Mars and the MAVEN mission
我们提出了快速算法，自动估计的统计位置的弓形激波从航天器的数据，使用现有的分析二维（2D）和三维（3D）模型的冲击面。我们推导出的2D和3D的间距和正常的弓形激波在任何给定的点上it. Two简单的弓形激波检测算法的表达式，一个完全基于现有的模型的几何预测，其他使用这个预测的位置，以进一步完善它的帮助下，磁强计数据，仪器飞行在许多行星的任务。这两种经验方法都适用于具有确定激波结构的任何行星环境。应用于火星环境和NASA/MAVEN任务，预测的激波位置平均在弓形激波穿越的0.15行星半径$R_p$内。使用预测-校正算法，该估计值被进一步细化到真实交叉的几分钟内（$\approx$ 0.05 $R_p$）。在2014年至2021年期间，我们探测到14，929个清晰的弓形激波交叉，主要是准垂直的。由于2D圆锥曲线和3D二次拟合，我们调查的冲击面相对于火星年（MY），太阳经度（LS）和太阳EUV通量水平的变化。虽然在$Y$和$Z$火星太阳轨道坐标的不对称是平均小，我们表明，对于MY 32和MY 35，LS = [135-225 $^\circ$ ]和高太阳通量，它可以变得特别明显，并叠加到通常的南北不对称部分是由于地壳磁场的存在。
2022-02-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Properties of stream interaction regions at Earth and Mars during the declining phase of SC 24
我们检查了从地球到火星（距离范围1-1.5 AU）的SIRs在太阳周期24（2014-2018）的下降阶段的演变。到目前为止，研究只分析了地球和火星在不同时间测量的SIR。我们比较现有的目录日光层的距离，并在同一时间范围内到达一个干净的数据集。这使得一个良好的抽样统计分析和行星的反对相位的深入分析，因为它们随着距离的演变。我们使用OMNI和MAVEN航天器的现场太阳风数据以及SDO的遥感数据。对体积速度、质子密度、温度、磁场大小和总垂直压力进行了叠加历元分析。此外，还对2016年和2018年地球和火星的两个对冲阶段进行了研究。SIR相关的冕洞与他们的面积以及他们的纬度和经度范围提取和相关的最大体积速度和持续时间的相应的高速太阳风流的流相互作用区域。我们发现，虽然整个太阳风HSS显示没有膨胀，因为它从地球到火星的演变，HSS轮廓的波峰加宽了约17%，磁场和总压力约45%的流界面周围。除温度外，所有参数的归一化叠加剖面中最大值和最小值之间的差值在1-1.5 AU之间略有增加或停滞。在叠加剖面中，在两个日光层距离处的磁场强度都观察到零历元时间的急剧下降。最大太阳风速度对冕洞纬度范围的依赖性比对冕洞经度范围的依赖性更强。我们得出的结论是，火星上的快进冲击发生率是地球上的三倍。
2021-02-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
