空间等离子体普遍处在湍动状态，既有湍动的电场和磁场，也有湍动的粒子分布。在磁流体力学尺度，湍动中的非线性作用是能量跨尺度串级的重要途径，湍动中的场-粒子耦合作用是能量转换的重要渠道。所以湍动状态是空间探测的重要对象之一。单颗星的原位探测相当于在湍动中穿过一条线采样，一般得到的是一维功率谱的信息。而多颗星的星座阵列，则有望区分湍动的时间和空间变化，给出四维的湍动功率谱（1维时间频率+3维空间波数）。所以空间等离子体湍动成为多星星座探测概念的主要科学目标之一。目前实际飞行的有四星星座（比如Cluster, MMS），对空间湍动开展先驱性的探测，并取得了初步的成功。然而还有很多问题没能回答，比如空间波数的混叠效应仍然比较严重，对剖析真实的湍动功率谱有明显的限制。为了避开这个限制，需要研究并设计多于四星的星座阵列。

本研究工作面对上述问题，设计了五星和九星的星座配置，预设了两种类型的湍动状态（一种是slab状态，另一种是slab+2D状态），采用波场望远镜（wave telescope）的技术，重构了湍动的四维功率谱，并和预设的湍动功率谱进行比较。分析表明九星的星座配置相对于四星和五星，在重构湍动四维功率谱方面，有明显的改进。基于研究结果，我们建议未来的星座探测空间湍动，在条件许可的情况下，优先考虑九星或者更多星的星座方案。

研究成果：

Zhang, L., He, J., Narita, Y., & Feng, X. (2021). Reconstruction Test of Turbulence Power Spectra in 3D Wavenumber Space with at Most 9 Virtual Spacecraft Measurements. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126(1), e2019JA027413.