今后几年的月球探测和月球科学

近年来月球探测已经进入了一个全新的时代。特别是 1 990年以来 ,多个月球探测计划已经被成功实现 ,而且另外还有多个探测计划也在准备当中 ,并将在未来的几年内发射升空。在这种背景之下 ,中国的航天机构和有关的科学家也开始积极酝酿和开发自己的月球探测计划。这些月球探测计划将利用卫星上搭载的各种仪器探测和测量月球的地质和地理特性、化学成分和矿物组成、月球物理学特征以及包含地球大气在内的地月空间环境和行星际空间环境 ;进一步研究月球的起源和演化 ,探明月面环境 ,研究太阳等离子体物理 ,提供月面天文台和月面长期科研基地的候选地址 ,调查月球上的可利用资源 ,为将来开发月球提供充实的背景资料。参与新一轮的月球探测同样也为中国天文学研究带来了新的机会。     

月球激光测距的现状及可能的改进方法

月球激光测距（LLR）代表了单光子探测技术的高峰，是国际激光测距界奋斗的目标。本文回顾了月球激光测距的现状以及它所持有的技术难度，同时介绍了我们为增加月球激光测距回波光子数所提出的一些可能的改进方法。特别介绍了在月球激光测距中利用月面反射器近旁的月面扩展源探测与计算大气倾斜量，进而对测月的激光束实施大气倾斜量实时改正这样一个全新的概念，最后介绍了云南天文台的激光测距系统以及它的近期工作目标。     

借助光压将探测器推向月球

若采用圆型限制性三体问题模型，从近地停泊轨道上发射一个月球探测器，其最小初始速度必须使相应的Jacobi常数C小于某一临界值C2。但这仅仅是探测器可能飞向月球的必要条件，而且这样飞向月球耗时过长。若采用Hohmann转移轨道，则需要获得较大的变轨冲量，能量消耗较大。如果需要仔细探测地月空间环境，而又不必很快地飞往月球，那么采用较大的太阳帆板，并使其法向有一特殊指向，可借助太阳光压加速引导探测器在不长的时间内飞向月球。利用相应的分析和计算，证实上述考虑是有效的，而且若使太阳帆板截面积大到一定程度（如果技术上能实现），则无需任何动力，也可借助光压将探测器推向月球，就像一条太空帆船（简称太空帆）。     

月球激光测距的现状及可能的改进方法

月球激光测距 (LLR)代表了单光子探测技术的高峰 ,是国际激光测距界奋斗的目标。本文回顾了月球激光测距的现状以及它所特有的技术难度 ,同时介绍了我们为增加月球激光测距回波光子数所提出的一些可能的改进方法。特别介绍了在月球激光测距中利用月面反射器近旁的月面扩展源探测与计算大气倾斜量 ,进而对测月的激光束实施大气倾斜量实时改正这样一个全新的概念。最后介绍了云南天文台的激光测距系统以及它的近期工作目标。     

月球上的星空

进入21世纪以来,人类对月球给予了前所未有的高度关注,各空间强国都在积极筹备探月之旅,我国的探月方针和计划也已经初步拟定,"嫦娥工程"业已顺利展开。幻想有朝一日我们自己登上了月球,在那里仰望无垠太空、品味星夜之美,那又会是一番什么样的星象呢?苏宜教授的这篇文章将带领我们展开想象的翅膀,神游月面、意指星河,饱览月球上的壮美星空。     

月球探测纵横谈

历时5个多月的中国月球探测工程标识征集活动于2006年2月10日评选揭晓,由上海设计师顾永江设计的书法作品最终入选。这是中国第一次采用全国征集方式为重大航天探索工程设计标志。中国月球探测工程标志图案简洁明了,凸现中国特色。它以我国书法的笔调抽象地画月球,人的脚印踏上月面,圆弧的起笔处自然形成龙头,象征中国天如巨龙腾空而起,落笔的飞白由一群和平鸽构成,表述了中国人国平利用空间的美好愿望。整体图形由一弧两点巧妙形成古文“月”字写意的笔触旨在传达一种探索的信念。中国“嫦娥”1号卫星及运载火箭将于今年年底运抵发射场区2007年春择机发射。为了使广大青少年读者明了探月的科学意义,我邀请中国科学院院士、中国探月工程首席科学家欧阳自远先生撰写了面这篇文章。     

对月球形状的估算

1799年,Laplace发现月球的3个主惯量矩,与月球的轨道和自转状态并不相符.有些学者认为,这可能是现在的月球仍保留了早期的"化石"形状.大约在三十多亿年前,月球曾经离地球很近并且转得较快,然后月球逐渐迁移远离地球并且转动得慢了下来.在此迁移的较早时期,月球受到了引潮力和自转离心力的作用,成为一个椭球体.并且很快凝固.所幸的是,固态月球的岩石圈较为稳定,使我们现在仍然能够看到很早时期月球的形状.文中利用月球天平动参数以及引力场系数,计算了椭球体3个主向径a,b,c的长度和月球的平衡潮形状,得到如下3个结论:(1)开始时月球离地球是非常近的,大约在三十亿年前月球可能已经冷却和固化,现在的月球基本上保留了凝结时的形状.(2)证明了液态月球的潮汐形变是月球平衡潮高度的1.934倍.因此用月球引力场推算月球形状时,必需考虑到流体勒夫数hf=1.934的影响.(3)根据月球三个主轴a,6,c的长度之差,推算了月球临凝固时的月地距离为1.7455×1O8m,自转周期为3.652 day.从而推算出月球临凝固时的恒星月长度为8.34day.因此在月球凝结时,月球被锁定在与自转速率比为2:1的共振轨道上.     

日本SELENE月球探测计划和卫星间多普勒跟踪的数学模型

日本月球探测计划（SELENE）定于2004年夏季利用HIIa火箭发射一组共3颗绕月人造卫星。他们是主卫星、跟踪中断卫星和空间VLBI电波源。其主要科学目标之一是利用对绕月卫星的多普勒跟踪数据精确测定月球重力场,研究月球的起源与演化。SELENE计划中实现这个科学目标的关键技术是引入中继卫星,目的在于当处于低轨道的主卫星飞行到月球背面地面观测站无法观测时,采用卫星间跟踪方法（SST）,建立地面站与主卫星之间的联系,以得到月球背面重力场的直接测量数据。介绍了几种典型的四程卫星间多普勒跟踪模式和相应的数学模型,并针对SELENE计划中采用的特殊四程多普勒跟踪模式建立了卫星相对观测站速度与跟踪信号多普勒频移之间的转换关系。提出了利用GEODYNⅡ定轨分析软件处理SELENE多普勒跟踪数据的流程。     

月球撞击闪光观测研究进展

月球撞击闪光是流星体撞击月球表面产生的闪光现象,回顾了20年来月球撞击闪光观测的研究进展,介绍了美国航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)和西班牙的团队开展的监测计划,说明各计划对观测技术、数据处理和分析技术的贡献,并总结了主要的观测和研究成果。利用长期积累的观测数据已经能够对撞击体的大小分布和流量提供一定的限制,但由于存在观测数据有限和撞击模型粗糙等问题,因此必须对它们进行改进。中国在月球撞击闪光观测方面的研究还是空白,建议开展地基和针对月球背面的监测计划,为中国的探月工程和载人登月计划提供相关设施防护的设计依据。     

建立WebGIS的月球三维可视化关键技术

嫦娥工程获得了大量月球探测数据。针对让公众用户通过网络获取月球信息,更好了解月球知识的需求,地面应用系统提出了建立基于WebGIS的月球三维可视化系统的解决方案。首先介绍了国内外三维月球的发展现状,详细分析了开发WebGIS系统的客户端和服务器端技术,重点阐述了月球空间数据模型和三维场景可视化渲染等三维GIS可视化关键技术,为建立我国的三维月球可视化系统提供了理论支持。     

太阳系探索和地外生命搜索

综述了国际上进行太阳系空间探测的现状，着重介绍了探测月球，火星，不星和外行星的意义，目的，手段和成就，择要介绍了美国宇般局，欧洲空间局，俄罗斯和日本近年来和下世纪初的空间计划，论及地外生命搜索，主要介绍了火星上水和生命搜索进展，地外生命搜索的的SETI计划及其发民菜，物理学家与生物学家有关搜索成功的可能性的争论，以及太阳系外行星系统的发现，太阳系外行星系统的发现是当代天文学最时髦的，也将是未来21世纪成果最丰富的研究领域之一，目前，已经发现了大约50个太阳系外行星系统，太阳系外行星系统的发现与地外生命搜索研究是密不可分的，这项研究近20年来发展较快，它的研究也促进了航天学，宇宙化学，天文生物学乃至哲学等其化学科的发展。     

我国地基雷达观测月球的现状和研究进展

地基雷达观测可以提供太阳系天体目标的地形地貌、物理特征、轨道动力等信息。聚焦利用地基雷达天文技术开展月球观测的原理方法和科学意义,介绍了基于我国现有深空雷达上行装置、射电望远镜条件以及非相干散射雷达等系统,初步开展的特高频段(Ultra High Frequency,UHF)和X频段的地基雷达观测月球试验。通过月球反射回波的信号处理,获得了延迟、多普勒频移等参数,得到了一致的与近表层物质密度相关的月面雷达反射率,并得到了月球的左右旋圆极化率,反映了与波长同尺度的月球近表层结构。文章积累的数据处理经验将为我国的小行星预警、行星历表等地基雷达观测研究提供技术基础。     

表层穿透雷达在月球和深空探测中的应用

对月球以及更远天体或者空间环境的探测是人类航天活动的重要方向。开展月球和深空探测有利于研究太阳系起源、演化与现状,以及生命起源与演变等重大科学问题,有利于催生基础性、前瞻性的学科与技术。相比光学探测方法,雷达具有强穿透性、极化特性以及不受光照限制等优势,是探测天体特性的有效手段之一,在月球和深空探测中发挥了重要作用。电磁波能够穿透几米到几千米的次表层,可用于探测月球和深空目标的表层介电常数、次表层结构、电离层及水冰等。按照探测方式的不同,表层穿透雷达探测主要包括地基雷达、环绕器雷达及巡视器雷达3种方式。针对不同的科学目标,不同的探测方式具有各自的优势和不足。回顾了表层穿透雷达在月球、火星以及小行星等探测中的科学应用,总结了已经投入使用以及计划中的各种雷达科学载荷的探测任务、参数设计、工作原理和探测结果,展望了在未来利用表层穿透雷达进行月球和深空探测的发展趋势。     

路漫漫其修远兮——从月球车到火星车，我们还要走多久？

2013年12月14日,嫦娥3号着陆器成功落在月球表面。它所携带的玉兔号月球车于12月15日驶上月面,使我国成为世界第二个掌握无人月球探测车技术的国家。至此,一些关心我国空间探测未来发展的航天爱好者马上联想到我国未来的火星车应该是什么样子,它能借鉴玉兔号的研制技术吗？探测月球与探测火星有什么区别？要回答这个问题,首先要了解月球和火星各自的概况,然后才能通过对比分析认识它们的异同。     

用激光测月资料研究月球的物理性质

从月球的自由天平动,引力场和耗散等可以研究月球内部的结构和演化.本文从理论上估计了用激光测月资料推算月球自由天平动的精确度,根据四个激光测月台站的18年的观测资料计算了月球自由天平动的振幅和相位、月球转动惯量等,并初步得到了月球的内部结构和组成成分.     

古怪的月球重力场

日历翻回到1972年4月24日,阿波罗16号的3位宇航员感到似乎可以松一口气了。在他们返回地球之前,只需要执行最后一项任务：释放小型子卫星PSF-2号——它将大约每2小时环绕月球一周（参见图1）。这颗小卫星将加入到8个月前由阿波罗15号释放的PSF-1号的工作中去,测量月球周围的带电粒子和磁场。这两颗子卫星都有着比较低的椭圆轨道,离开月面只有89到122千米。     

谈月球探测

适时开展以月球探测为主的深空探测,是我国航天活动的必然选择,也是我国航天事业持续发展,有所作为、有所创新的重大举措。月球探测将成为我国空间科学和技术发展的第三个里程碑。     

月球两极探测进展

从20世纪开始月球探测成为人类太空探测的重要内容,月球探测的手段越来越多样化,探测的分辨率越来越高,探测的区域也逐渐由全月转变为局部。月球的南北极区由于特殊的地理条件存在大面积的永久阴影区,因此一直以来备受国内外学者的重视。介绍了目前国内外对月球极区探测在光学影像、数字高程、水冰以及亮度温度等方面取得的重要科学成果,并且介绍了探测设备的参数,为我国正在开展的月球探测提供参考和建议。     

国际月球探测剪影

① 美国"阿波罗"号宇航员登月探测照片② 我国将来的登月舱想像图③ 设想的我国探月卫星示意图④ 欧洲空间局2003年9月27日发射的"智慧一号"探月示意图⑤、⑥月球的南、北极,"月球勘测者"在其附近(红圈所示)发现冰物质⑦日本计划于2005年发射的"月亮女神"(Selene)月球探测器和登陆舱⑧可能用来发射探月卫星的中国长征三号火箭示意图     

新闻速递

22019年1月3日,嫦娥四号着陆器搭载着玉兔2号月球车降落在月表。玉兔2号从月球背面的“冯·卡门”陨击坑出发探索月面,截至2021年12月3日,它已经在月背工作了1065天,超过预定的总工作时长972天,是最长寿的月球车。在将近3年的月球探测工作中,玉兔2号发现了很多有趣的月表特征。