月球软着陆点的选择与几个预选点的初步对比分析

月球软着陆探测是中国二期探月工程的主要目标,软着陆点的选择是工程实施与科学目标能否顺利完成的关键之一。克里普岩对于研究月球的起源和演化有重要意义,但由于该岩石被玄武岩所覆盖,难以利用轨道探测器开展全面深入的研究。撞击坑是研究月表以下物质成分的窗口,在克里普岩区选择条件合适的撞击坑开展软着陆探测有助于对克里普岩的深入研究。在克里普岩区选取Copernicus、Kepler及Aristarchus 3个撞击坑作为预选着陆点,并利用嫦娥一号CCD数据、LIDAR数据以及Clementine UV/VIS/NIR数据从月形月貌特征和物质组成两个方面对预选点进行了初步对比分析,以期为我国二期探月工程提供参考与依据。     

嫦娥五号探测器月面采样封装任务的定位精度

嫦娥五号是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。为了确保采样封装任务的定位精度,需要对采样封装任务进行高精度的整体几何检校。本文提出了附有立体约束和机械臂运动约束条件的联合平差检校模型。经过内场试验验证本文提出的检校方法具有较高的精度。在模拟采样试验中能够获得5.118 mm的平均定位误差,在月面采样任务中能够获得4.745 mm的平均定位误差。有效保障了嫦娥五号探测器精准地完成月面自动采样封装任务。     

嫦娥四号着陆点高精度定位图

正嫦娥四号探测器于2019年1月3日在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑成功软着陆。封面展示了着陆区数字高程模型(下图)、着陆器监视相机影像单像量测结果 (右上图)和嫦娥四号着陆点定位图(左上图)。基于多源影像,利用影像特征匹配定位和单像视觉测量定位技术,确定了嫦娥四号着陆点的精确位置为(177.588°E, 45.457°S)。更多信息及技术细节见本期177页。     

月球上的遥感制图与导航定位——访中国科学院空天信息创新研究院研究员邸凯昌

正1978年5月28日,美国总统国家安全事务顾问布热津斯基访问中国,并带来了一份特别的礼物:质量仅1克的月岩样品。这份样品被一分为二:一半珍藏在北京天文馆用于参观;另外一半用于研究。2021年2月22日,国家博物馆官微消息称,由中国嫦娥五号月球探测器(以下简称"嫦娥五号")带回的月壤(GB93484号藏品),已运抵国家博物馆,即将面向社会公众展出。此时距离嫦娥五号带回约1731克月球样品并安全着陆过去了两个月时间,距获赠1克月岩样品过去了43年。     

深空探测器射电跟踪数据应用研究

嫦娥探月工程"绕、落、回"三步走圆满收官,收集到大量独有的射电跟踪数据,极大地推动了中国射电跟踪数据应用方面的研究.重力场恢复是射电跟踪数据最直接的科学应用,是研究天体内部结构的重要手段,因此发掘嫦娥数据在月球重力场解算方面的贡献尤为紧迫.近年来,中国深空探测逐渐从月球向太阳系纵深发展,一方面正在实施火星探测任务,另一...     

嫦娥二号CCD立体相机数据预处理与数据质量评价

嫦娥二号是中国探月工程二期月面软着陆和巡视探测的先导星,经过为期半年多的科学探测,CCD立体相机获取了空间分辨率7 m的全月球影像数据,对于后续月球探测和月球科学研究具有非常重要的意义.本文介绍了CCD立体相机的数据获取、数据预处理、数据格式和数据质量情况,有助于月球科学家了解数据产品情况,挖掘数据中更多的科学信息,开展月球科学研究.     

武汉大学卫星地面站成功接收月球卫星信号

<正>近日,武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室深空探测器测距测速设施成功接收月球卫星信号,观测了美国月球卫星月球轨道器(LRO)和嫦娥三号着陆器。该研究团队带头人为李斐教授。团队对月球轨道器LRO的观测成功获取了多普勒测速数据,测速精度达mm/s的量级。对嫦娥三号着陆器进行的观测成功获取了着陆器载波和数传信号,针对载波信号的多普勒测速,     

基于降落相机图像的嫦娥三号着陆轨迹恢复

嫦娥三号降落相机在探测器实施软着陆的过程中获取了大量序列月面图像,这些图像不仅为公众提供了可视化的着陆过程,而且为着陆器在卫星遥感影像上的高精度定位提供了数据基础。在分析这些序列图像成像几何特性的基础上,提出一种利用降落序列图像进行嫦娥三号着陆器轨迹及姿态恢复的方法。首先通过序列影像进行自由网平差,建立各降落影像及月面的相对位置和姿态关系;然后通过量测卫星遥感影像及降落影像上月面标志物的尺寸,求解出建立的相对模型的尺度,从而恢复出序列降落影像在着陆过程中的带尺寸的位置和姿态;最后通过降落影像的密集匹配,完成着陆区域月表3维模型的重建。本文充分挖掘了降落相机的应用潜力,为嫦娥三号着陆任务中后续科学探测工作提供了高精度的数据支持。     

月表空间环境因子动态建模驱动的探测区选取

针对在复杂的月表环境下及时高效地选择合适的探测区域这一问题,考察已有的月球探测研究资料,分析了可能影响到科学探测的月球空间环境因子,在此基础上开发了一个可对环境因子动态建模并应用模型自动选取探测区的GIS系统。基于该系统,构建了一个针对嫦娥三号着陆区附近探测区域选取的评价模型,并将其成功应用于嫦娥三号巡视器科学探测目标的选取工作。     

嫦娥三号着陆器精确定位与精度分析

嫦娥三号成功实施月球软着陆,对着陆器实施精确定位是开展科学数据分析的基本要求。本文首先描述了月球着陆器定位的精确观测建模与统计定位方法,然后使用嫦娥三号着陆器现有测量数据进行了定位计算,利用月球高程模型和光学图像数据计算位置对定位结果进行了比较。结果表明,着陆器计算位置与高程模型的高程方向差异为4.5m,与光学图像解算的三维位置差异小于100m。最后,基于协方差分析理论,分析了当前测量条件下的着陆器定位能力,结果表明测距数据的系统偏差是制约定位精度的主要因素,如果能消除测距系统偏差,可以实现10m定位精度。     

上穷太空下深海

正上穷太空下深海,经天纬地显身手,为国家尽力,为行业争光。可上九天揽月,可下五洋捉鳖。2020年冬天,从辽远的太空和深邃的海底,陆续传来振奋人心的消息:嫦娥五号月球探测器在月球完成科研任务后,携带月球样品顺利着陆地球!奋斗者号载人潜水器在马里亚纳海沟成功下潜10909米,刷新中国载人深潜的新纪录!     

嫦娥-3号月面巡视探测器立体相机的控制场检校

嫦娥-3号月面巡视探测器安装了一对导航相机、一对全景相机和一对避障相机,对这3对立体相机的检校是实施月面巡视探测器导航定位和地形恢复的基础。通过建立高精度的控制场,采用附有约束条件的间接平差方法,对嫦娥-3号月面巡视探测器的立体相机进行高精度的检校。试验表明,该方法能够提高相机检校的精度和稳定性。     

嫦娥一号三线阵CCD数据摄影测量处理及全月球数字地形图

CCD立体相机是搭载在嫦娥一号探测器上的主要载荷之一,用于获取空间分辨率为120m的前视、正视与后视3个不同视角的月表三线阵遥感影像数据。嫦娥一号共获取1000多轨图像数据,本文筛选其中的628轨影像制作了全月地形数据。采用SIFT特征匹配和最小二乘匹配结合的方法有效解决了月面纹理匮乏、低反照率、低对比度月球影像匹配的技术难题,匹配精度约0.3个像素;采用独立模型区域网平差法解决了CE-1三线阵影像的测区平差、全月球平差、无控制点月面定位等一系列关键技术问题。在此基础上,制作了全月球数字地形图,平面位置精度和高程精度分别为192m(1σ)和120m(1σ)。地形图地形细节表达层次分明、清晰可辨,能清晰分辨出撞击坑底部、撞击坑或山脉侧壁、月海平面等月面地形特征的详细细节。通过比较,全月球数字地形图数据在数据覆盖和完整性、平面位置精度、高程精度、空间分辨率等方面均明显好于国际现有全月球数字地形数据。     

深空探测器精密定轨与重力场解算系统(WUDOGS)及其应用分析

WUDOGS是武汉大学自主研发的深空探测器精密定轨与重力场解算软件系统。该软件目前已经具备月球、火星探测器的高精度定轨能力。本文首先简要介绍了WUDOGS设计思路及其主要功能,然后重点介绍了WUDOGS与国际上领先水平的行星探测器精密定轨软件系统GEODYN-Ⅱ的交叉验证测试过程。结果表明:对于探测器的轨道预报,WUDOGS与GEODYN-Ⅱ的1个月位置差异小于0.3mm,2d位置差值小于5×10-3 mm;双程测距、双程测速的理论计算值和GEODYN-Ⅱ的差值分别在0.06 mm、0.002 mm/s的水平;对月球探测器"嫦娥一号"的精密定轨显示WUDOGS和GEODYN-Ⅱ符合在2cm水平,对火星探测器MEX的精密定轨显示WUDOGS和欧空局精密轨道符合在25m水平。该软件目前的研发情况及其与国外研究水平的对比表明WUDOGS具有良好的应用前景,对满足我国后续深空探测发展的需求以及深空探测器精密定轨软件的研发具有重要意义。     

深空探测器同波束相位参考成图相对定位方法

针对我国后续深空探测任务中高精度相对定位需求,提出了采用天文同波束相位参考成图技术进行深空探测器相对定位的方法。首先建立适用于深空探测器信号特点的同波束相位参考成图相对定位模型,然后分析信号带宽和UV覆盖两个因素对测量精度的影响。最后利用我国VLBI观测网(CVN)在2013年15、20和21日接收的嫦娥三号着陆器和玉兔号巡视器下行同波束数据,处理得到了巡视器在5个环拍点相对着陆器的位置,验证了本文方法的可行性及其对探测器下行信号的强适应性。与视觉定位结果的对比表明,巡视器相对着陆器定位精度达到米级。     

月球探测器精密定轨软件研制与四程中继跟踪测量模式研究

正本文以我国即将发射的"嫦娥五号""嫦娥四号"任务为背景,系统性地讨论了行星探测器精密定轨和重力场解算的原理、技术和具体算法,完善月球卫星精密定轨的各个细节,开发了一套具有自主知识产权的月球探测器精密定轨与重力场解算软件系统LUGREAS;提出了基于月球着陆器-轨道器的四程中继跟踪测量模式,定量计算了该跟踪模式对轨道器精密定轨和着陆器精密定位的贡献。具体研究内容包括:     

嫦娥三号落月段中欧联合测量弱信号相位估计

干涉测量技术对于直接获取月球和深空探测器空间方位，开展科学研究具有非常重要的意义。提出了一种利用高品质因数天线获取的探测器高动态飞行段估计信息，对远距离异地较低接收品质因数天线接收的弱信号进行补偿，进而实现弱信号窄带跟踪的方法。利用嫦娥三号动力落月段中欧联合干涉测量获取的原始数据进行了验证，结果表明，基于该方法补偿后的弱信号只需采用噪声带宽5 Hz的数字锁相环即可实现精确相位跟踪，对新诺舍站DOR（differential one-way ranging）音信号的相位估计标准差低至3.4°。该方法可应用于中国未来月球和深空探测，以及机构间干涉测量交互支持。     

基于同波束VLBI测量对嫦娥五号卫星交汇对接的相对实时定位

嫦娥五号(CE-5)卫星调姿复杂,包括多次星上探测器分离及交汇对接,在两器分离或靠近阶段,我国甚长基线干涉网对其进行同波束测量。CE-5首次实现了月球距离上的卫星交汇对接。基于VLBI差分时延,本文采用差分定位方法首次实时测定了CE-5轨返组合体与上升器交汇对接过程中的相对位置。该方法能够更加直观快速地判断对接状态。CE5首次在月球以远的距离上对卫星实施月球轨道逃逸制动,本文采用瞬时状态归算方法实时监测了CE-5轨返组合体两次月地转移入射的制动过程,精确判断了轨道制动的状态,为后续深空探测的定位及轨道制动提供借鉴。     

基于RPC近似核线约束的CE-1影像匹配方法

"嫦娥一号"(简称CE-1)是中国自主研制并发射的首个月球探测器,卫星搭载的传感器是一个三线阵CCD立体相机,其主要科学目标是获取月球表面三维影像。根据三线阵影像以及月面影像的特点,为了能够得到密集度较高且分布均匀的同名点对,采用了一种基于RPC近似核线约束的影像匹配方法,结果表明基于核线约束的影像匹配方法较之传统二维影像匹配总体耗时短且具有较高的精度与可靠性。     

月球航天探测和月球测绘

对月球航天探测的主要情况作了回顾,概要介绍月球地形测绘和月球大地测量.首先介绍月球大地测量(Selenodesy)的定义和方法.月球大地测量的特点是它的观测数据绝大部分都要依靠航天探测器或环月、绕月卫星来获取.月球大地测量的内容可以考虑有三个方面:一是在月球上给出一个有确定定义的坐标参考系,并在其中布测一个控制网;二是确定这一月球参考系的大地测量几何和物理常数;三是求定月球的外部重力场.最后概述月球地形测绘的特点.