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。     

大事聚焦

日期内容8月4日.“轨道太阳天文台7号”首次探测到高能太阳,射线谱线(1972)8月6日.美国宇航局宣布在火星陨石A山840(刃1中发现原始微生物化石(1996)8月7日.“水手7号‘,在3500千米处掠过火星,发回126幅高质量照片,主要是火星南半球的图像(l%9)。8月10日.美国天文学家霍尔发现火星外侧的卫星—火卫二(1877).“月球轨道1号”发射(1966),此后陆续发射的2一5号,均获成功,提供了月球表面的高质量图像。.“麦哲伦”进人环金星轨道,开始执行雷达测绘金星表面的计划(1990),1994年菜月n日在金星大气中烧毁。8月13日.威特发现爱神星(,J、行星433号)( …     

月亮之上的马拉松

京时间2013年12月15日4时35分,嫦娥三号着陆器和巡视器成功实现分离。玉兔号月球车从着陆器转移机构上绥绥驶下,开始7在月球上的征程。月球与行量探测任务的探测方式主要包括三种：飞掠和环绕探测、着陆和巡视探测、采样返回。戋一的嫦娥一号和二号任务即为环绕月球探测的卫星,而嫦撬三号则将开展实现月衷着陆和巡视探测。巡视器可携仪器代臂人类承担科学考察、设备安装等任务,能对天体表面物质近距膏分析。但相比环绕探测,其技术难度更大,目前仅在月球和火星这两颗矩离臻们最近的天体上成功实施。     

雷达探测技术在探月中的应用

人类运用雷达探测技术对月球探测取得了丰硕的科学成果,开展了对月球地形地貌探测、月壤厚度反演、月球次表层结构探测、月球水冰探测等研究。以不同的探测方式和科学目的综述了国内外运用雷达探测技术对月球探测所取得的一系列科学成果,以及我国成功发射"嫦娥三号"卫星,其巡视器"玉兔号"上搭载的测月雷达(Lunar Penetration Radar)将用于探测月球次表层结构和月壤厚度与结构,同时也介绍了测月雷达的基本原理与一些基本指标参数。     

月壤介电常数反演方法及应用

对月球的探测是人类在太空探索的第一步。介电常数是用来描述物质材料在外加电场中储存和释放能量能力的参数,对月壤介电常数的测量有助于人类研究月壤厚度和次表层结构,了解月球的起源和演化历史。人类主要通过对月壤样品进行检测、微波遥感探测以及雷达就位探测等三种方式测量月球表面和内部的介电常数。文章主要介绍了各国对月壤介电常数的反演方法、结果及介电常数的主要应用。同时,文章还结合测量结果,简要比较了各种测量方法的优劣,总结出各方法的差异,并基于之前的研究,展望了中国对检测嫦娥五号采集的月壤介电常数和反演火星介电常数的进程。     

火星轨道器次表层探测雷达数据处理技术与现状研究

火星是人类重要的地外天体探测目标之一,对火星表面进行的探测和研究表明,火星表面曾经存在液态水,水是生命存在的基础,因此,在次表层寻找不同形式的水是目前火星探测的重要科学目标之一。近17年来,欧洲火星快车(Mars Express)上搭载的火星次表层和电离层探测先进雷达(Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding,MARSIS)以及美国火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)上搭载的浅表层雷达(Shallow Subsurface Radar,SHARAD)开展了对火星次表层的大量探测。根据雷达的工作原理,雷达获取的原始回波数据需要经过距离向处理、方位向处理、电离层校正等才能完成成像,从成像数据中提取科学信息,取得众多的科学成果。火星次表层探测雷达的数据处理技术在火星次表层探测上发挥了重要作用,具有很强的代表性和参考价值。综述目前利用雷达对火星次表层展开的探测与研究,介绍了火星次表层探测雷达数据处理技术,列举了取得的部分科学成果,并展望将要投入使用的火星次表层探测雷达。     

“联合舰队”火星寻水

截至2004年底,“勇气”号己在火星表面行驶了4千米,详细探测了11个火星表面目标,向地球发回了3.1万多张照片;而“机遇”号也走了近2公里,详细探测了22个目标,向地环发回2.9万张照片。此外,正在火星轨道运行的欧洲航天局“火星     

火星重力场模型发展回顾及对萤火一号的展望

首先回顾了火星重力场探测的历史、各有关探测器的轨道特征和获取的资料情况,特别对最成功的MGS项目的情况作了详细介绍。然后对确定火星重力场模型过程中的有关问题作了介绍,包括动力学模型、三体摄动问题、太阳光压和大气阻力模型等。重点介绍了其中的先验条件和求解重力场的算法,后者主要介绍GSFC采用的最小二乘法和先验约束方法及其数据定权和误差校准的经验。文中还对火星重力场与地形学进行了比较分析,并对火星重力场时变性的探测与研究作了重点讨论。最后对火星重力场探测中存在的主要问题作了详细讨论,并展望了我国第一颗火星探测器"萤火一号"对火星重力场研究的可能贡献。     

深空探测中的轨道设计和轨道力学

深空探测相对于地球卫星而言,指探测器脱离地球引力范围,进入行星际空间甚至距离地球更远的空间对太阳系内或者太阳系以外的天体进行探测. 从20世纪末尤其是21世纪以来,随着航天领域科技的进步和提高,对月球和太阳系其他大行星的探测,越来越多地得到世界各国的关注.近几年,我国也加快了对月球的探测步伐.2007年10月24日,我国成功发射了第1个月球探测器 嫦娥一号月球探测器,实现了精确变轨、成功绕月的预定目标,获取到大量科学数据和全月影像图,并成功实施受控撞月任务.2010年10月1日,我国又成功发射嫦娥二号月球探测器,获取了分辨率更高的全月影像图和虹湾区域高清晰影像,并成功开展环绕拉格朗日L2点等多项拓展性试验,为深空探测后续任务的实施奠定了基础.     

深空探测天文自主导航技术综述

自主导航技术在提高深空探测器自主生存能力、减轻地面测控负担、完成探测任务特殊阶段导航等多方面具有明显的优势,已经成为世界各国研究的热点。我国火星探测工程已经启动,将来还有其他小行星、彗星和行星及其卫星的探测计划。详细阐述了发展天文自主导航技术的必要性,阐述天文导航技术的基本原理及优势,并对国内外深空天文自主导航技术以及应用情况进行概述,总结了发展天文自主导航的关键技术。根据分析提出我国发展深空探测自主导航技术的建议与思考。     

“嫦娥二号”平动点和小行星探测试验中的轨道计算

正论文以CE-2(嫦娥二号)平动点飞行试验、小行星探测试验以及YH-1火星探测任务为背景,对深空探测测定轨技术开展研究.相关研究成果直接为小行星图塔蒂斯探测试验的拍照成像提供了高精度的轨道支持.针对YH-1火星探测开展了先期的测定轨研究,研究成果虽未能直接应用于火星探测任务,但积累的理论知识可服务于我国后续深空探测.论文的研究可以概括为以下几个方面:(1)回顾统计定轨理论,简单介绍了时空参考系、动力学模型、估值方法及考察协方差理论.     

一箭双雕——水星、金星探测

导言： 与热闹非凡精彩纷呈的火星探测相比,对内行星水星的探测可谓乏善可陈。直至2008年,在人类探测水星的大事记上,只有Mariner10（水手10号）和MES-SENGER（MErcury Surface,Space ENvironment,GEochemistry,and Ranging,信使号）两次。MESSENGER于20（18年1月14日飞临水星,将对水星进行更加深入的观测。     

2011年世界空间探测与科学观测活动回顾

2011年,美国、中国和俄罗斯等国都开展了多项空间探测与科学观测活动,发射了月球探测器、木星探测器等,尤其是由于2011年有火星探测器发射窗口,所以进行了两次重要的火星探测器发射,但有喜有悲：携带了世界最先进火星车“好奇号”的美国“火星科学实验室”顺利升空,并奔向火星;而携带了中国首个火星探测器“萤火-1”的俄罗斯的“火卫一-土壤”探测器虽然发射成功,但由于探测器本身故障而无法进入地火转移轨道,导致该任务失败。     

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。     

雷达对火星次表层的探测与研究现状

大量火星地貌及表面物质成分的研究表明火星上曾经存在地表水,而目前已探测到的火星上的水广泛存在于极区冰盖和次表层中。近十二年来,欧洲火星快车上搭载的火星次表层和电离层探测先进雷达和美国的火星勘测轨道器上搭载的浅表雷达已经开展了对火星次表层的探测和研究,并取得了一系列科学成果。火星次表层记录着火星形成与演化的重要历史信息。对火星次表层的探测和研究,可以为了解火星的物理特性和构造组成,探寻火星生命,研究火星的地质演化历史提供科学依据。综述目前利用雷达对火星次表层进行的探测和研究,介绍了雷达探测的原理与方法,总结了已取得的科学成果,并展望未来的火星探测雷达。     

月球与行星

月球行星出设图图中显示每日日落到次日日出之间,月球和五颗行星出没状态及观测条件,包括晨昏蒙影时刻,水星与金星的出没时刻,火星、木星与土星的出没及中天时刻,以及月球出没状态。横坐标为地方平时,纵坐标为日期。图中外侧的两条蓝色纵向条带表示天文晨昏蒙影。     

首次在火星极区着陆的凤凰号

2007年8月4日美国宇航局成功发射的凤凰号火星探测器,于今年5月25日成功在火星极区着陆。由于近年来科学家发现火星北极地区覆盖有大量的冰,所以美国制定了以寻找水为核心的火星探测战略,凤凰号就是这个战略的执行者。凤凰号有三大任务：采集土壤样本进行分析,寻找水、致力探索火星生命,日后监控火星天气状况。     

“火星快车”的奇幻之旅

登陆火星,探索这颗神秘的红色星球上可能存在的生命迹象,以及到那里移民居住,在几个世纪以来,就一直是人类太空征途上的伟大梦想之一。最近30年来,许多无人推测器陆续到达火星,在那里展开多方面的科学研究,传回了大批震撼人心的影像和数据,借助于这些资料,我们对这颗地球近邻行星独特的地理和气候环境,以及潜在的生命形式有了更清晰的认识。     

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。     

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。