宇宙线的研究自19世纪末开始,历经百年的探索,人们已经对宇宙线进行了深入广泛的研究。近些年人们发现宇宙线在几百GeV处存在明显的能谱变硬特征,这一发现跟此前预测的单幂律能谱存在明显的冲突,可能对宇宙线加速、传播等物理过程有重要意义。但纵观近些年的空间宇宙线卫星实验,测量能量上限至多到几万亿电子伏特（～TeV）,与地面实验相比仍有一定的不足,对于略显观测空白的几个TeV到百TeV能段,空间实验几乎很难覆盖。主要因为高能段粒子数密度低且本身实验设备的有效观测面积较小。而这一能段恰好较好地衔接了目前空间和地面实验的能区,因此具有重要的科学意义和探索价值。宇宙线观测历史和探测方式主要在本论文第一章介绍,同时,我们也着重描述一些宇宙线探测实验以及直接和间接两类探测方式的不同。接下来的部分主要介绍本人在“悟空”号（DAMPE）的电荷测量、氦核能谱分析等方面所开展的研究工作,最后还将介绍我们在天体物理方面所开展的两项理论研究。第二章介绍我们对“悟空号”的塑闪探测器位置刻度和荧光衰减修正以及电荷重建方面所开展的研究。塑闪电荷分辨率的优劣非常依赖PSD晶体的准确位置。我们发展了一种计算晶体的位置变化的方法,结果显示全部PSD晶体在探测器坐标系的垂直方向出现较显著的移动,第一、二层PSD的平均垂直移动分别为-2 mm,-1mm;两层PSD晶体在其安装的水平面内出现逆时针的整体转动,平均转动角～0.0015 rad,所有的位置变动参数表现出随时间的稳定性,应用PSD位置标定的参数,电荷分辨率可以提高至少4%。同一种宇宙线核子因击中点不同使电离能损出现最高达到2倍左右的偏差,对此我们完成了全部PSD晶体的荧光衰减进行修正。另外,对于重核的猝灭现象和PSD不同条的读出响应有差别,我们研究提出了专门的修正方法。基于上述系列修正,我们完成了塑闪的电荷重建,其中质子和氦核的电荷分辨率可达到0.137和0.238个单位电荷。第三章中首先介绍了量能器在高能量读出时晶体饱和修正,然后重点介绍我们对DAMPE数据的分析研究以及所获的氦核能谱测量。DAMPE的氦核能谱覆盖几十GeV到几百TeV近四个量级。当量能器测量到几十TeV时,一些晶体会出现饱和,我们基于模拟数据发展了高效修正饱和的方法。利用自2016年初起,总共45个月在轨数据,得到20 GeV/n～27 TeV/n的氦核能谱,初步结果显示氦核能谱在百GeV左右存在能谱变硬特征,与AMS02的发现基本一致。此外,DAMPE氦核能谱在～10 TeV/n处存在非常显著的变软特征。DAMPE第一次以高置信水平发现了～10 TeV/n变软,与之前高空气球实验ATIC、CREAM以及空间实验NUCLEON发现的迹象一致,与一些地面实验发现的质子与氦核混合能谱存在几十TeV处的变软特征一致。在TeV-几百TeV能段,目前各种地面实验的测量差别较大,DAMPE高精度的氦核能谱对宇宙线分成分的膝区特征能量测量具有重要意义。第四章中介绍我们在高能天体物理领域的两项理论研究。首先基于DAMPE质子宇宙线能谱和AMS02、ATIC、CREAM以及地面实验YBJ-ARGO等的宇宙线能谱,利用DAMPE质子谱在～14 TeV处的变软结构进一步研究宇宙线能谱。我们发现单成分的宇宙线能谱很难同时拟合能谱变软结构和地面空气簇射实验数据。基于多成分的能谱,我们讨论了多个源模型和邻近源加背景宇宙线模型。这两类模型均可拟合从TeV至PeV的宇宙线能谱。结合目前宇宙线各向异性的研究进展,我们认为邻近源加背景宇宙线模型更加可信。基于第一例双中子星并合引力波事件GW170817的数据我们对中子星最大引力质量进行了估计。我们发现,如果该次并合形成的伽玛暴GRB 170817A的中心引擎是一个黑洞的话,那么中子星的最大引力质量一般应小于2.3 M⊙.第五章是基于上述工作的总结和对未来一段时间的工作展望。