月球探测及月球重力场的确定

针对近年月球探测渐成热点和我国即将发射“嫦娥卫星”的状况，本文首先归纳了月球各项几何与物理特性以及月球探测的经济、科学和战略意义.然后，讨论了月球重力场在探月中的作用，并对国外月球重力场研究的发展历程、主要方法及面临的困难进行了综述.最后，结合我国“嫦娥工程”，对我国月球重力场探测的可行性，从航天运载能力、轨道跟踪手段、重力场恢复技术以及方法创新等方面进行了分析，以期为我国自主确定月球重力场模型提供参考依据.     

基于绕月单卫星和双星测量的月球重力场恢复仿真分析

月球重力场是月球科学研究的重要部分，是进一步了解月球内部结构和构造的基础，也是我国探月计划“嫦娥工程”一个重要的科学研究内容.本文针对“嫦娥工程”，利用GSFC/NASA/USA的GEODYNII/SOLVE轨道分析软件，分析计算了利用单星跟踪数据恢复月球重力场的能力，同时模拟计算了双星跟踪数据在恢复月球重力场方面的能力，结合可能的工程环境我们对两种情况分别给出了30天、60天和90天的计算结果.计算表明双星相比于单星对月球重力场的中低阶位系数有比较显著的改善.     

在嫦娥一号探月工程中求定月球重力场

月球重力场制约着近月外空间物体的运动,同时环月飞行器的运动也反映了月球重力场的作用. 本文结合我国嫦娥一号探月工程,探讨了利用月球卫星的地面跟踪资料,求定月球重力场的基本理论和方法,分析了环月卫星的轨道高度、地面跟踪采样时间间隔和跟踪精度等对求定月球重力场的影响. 若单独利用我国嫦娥一号探月工程的地面跟踪数据,恢复30阶次左右的月球重力场模型是一个比较实际的目标. 地面跟踪最好能以75s的时间间隔进行采样,数据连续提供时间应不少于30个昼夜,月球卫星星下点的月面轨迹间距不大于110km.     

空间跟踪技术的发展对月球重力场模型的改进

本文基于绕月卫星跟踪技术的三种模式,即地面跟踪模式、高低跟踪模式和低低跟踪模式,将月球重力场的发展历程分为四个阶段.分别介绍了各阶段跟踪模式的主要原理、技术特点以及所获取的具有代表性的重力场模型,并对这些模型的精度特征进行了评述.进而,通过分析不同阶段重力场模型所获取的月球重力异常特征和精度、不同阶段重力场模型的定轨精度,阐明了:空间跟踪技术的进步,极大地提高了月球重力场模型的精度,并且,有效地促进了对月球物质结构特征的认识和绕月卫星定轨的可靠性.最后对月球重力场模型中尚存在的问题以及探测技术的发展前景进行了分析和展望.     

基于大倾角卫星轨道跟踪数据的月球重力场模型仿真解算

本文针对已有月球探测任务主要为极轨的特点,仿真分析了大倾角轨道卫星跟踪数据在月球重力场解算中的贡献.文中针对极轨道、77°倾角和极轨道结合77°倾角轨道三种情况各三个月的轨道跟踪数据进行了月球重力场模型仿真解算,通过重力场功率谱、基于解算模型位系数协方差矩阵的重力异常及月球大地水准面误差以及精密定轨等手段对解算模型进行...     

基于新近数据的月球地形、重力场及内部构造研究进展

月球地形、重力场和内部构造不仅对于研究月球起源和发展具有重要意义,而且对月球探测器轨道的飞行控制、月球着陆器的着陆区选择也有重要的影响.本文首先回顾了月球地形观测的方法和模型,并对新近"嫦娥一号"和"Kaguya/Selene"得到的地形模型做了分析和比较.其次,讨论了新近月球重力场研究的现状,并给出了综合新近及既往数据解算重力场的方法.最后,分析了综合地形和重力场,并给出利用新近数据研究月球内部构造的进展.     

基于神经网络方法获得最优化月球内部结构模型

由于观测手段有限,目前对月球内部结构的认识还存在很大的不确定性,至今仍没有一个被广泛认可的内部结构模型,且现有对月球内部结构模型的研究几乎很少关注观测值对观测精度的影响.本研究采用混合密度神经网络方法得到了月球内部结构模型的后验概率密度分布,获得了平均月球内部结构模型(Mean模型)、最大后验概率对应的月球内部结构模型...     

月震和遥感探测技术的发展对月球内部结构认识的深化

基于月球内部结构的主要探测手段,即早期绕月卫星重力观测、月面月震观测和月球高分辨率遥感观测与月震数据的综合应用,可将月球内部结构的认识过程分为三个阶段,文章分别对这三个阶段的观测技术、数据情况、数据处理及代表性研究成果进行了详细的介绍及评述,阐明了探测技术的发展对月球内部结构认识的深化过程:通过早期绕月卫星摄动观测获得的低阶月球重力场开启了对月球内部结构的初步认知,发现月球表面存在高密度异常体(即质量瘤);早期的月震观测是月球内部结构认识的重要手段,获得了月球圈层结构的轮廓;月球高分辨率遥感数据,作为外部数据为月球内部结构的研究提供了更多的约束,同时,与月震数据的综合应用,深化了对月球内部结构的认识.最后对月球内部结构研究中尚存在的问题及探测技术的发展前景进行了分析和展望.     

月球探测中若干问题的研究及进展

本文主要介绍了在第二次探月高潮中对于月球重力场、月球天平动、月球耗散效应等月球物理特性的研究成果,以及建立月球参考框架以及布设月面控制网等月球大地测量方面的方法和进展,并探讨了月球探测过程中应用到的相关技术,最后,对月球探测的进一步发展做出展望.     

基于"嫦娥一号"跟踪数据的月球重力场模型CEGM-01

本文介绍了"嫦娥一号"月球探测卫星轨道跟踪数据的特征,简要阐述了基于动力法精密定轨解算月球重力场模型的原理及策略.在"嫦娥一号"测控数据精度和覆盖均有限的条件下,独立使用"嫦娥一号"月球探测器6个月的在轨运行双程测距测速跟踪数据,成功得到了50阶次月球重力场模型CEGM-01.通过多种方式,如重力场模型频谱特性、实测数据定轨残差、月球重力异常特征、与地形的相关性及导纳值,对解算得到的CEGM-01月球重力场模型进行了精度评价,分析了相应的物理特性和效果.结果表明了CEGM-01解算过程的有效合理.在此基础上展望了我国月球重力场探测未来可能的发展方向.     

月球磁场研究新进展

月球磁场是探索月球起源的重要渠道,也是研究地月体系及太阳系运转模式的一个重要方面.本文介绍了第40届国际月球与行星科学大会盛况,根据会议信息,阐述了月球磁场研究的现状、取得的新进展和有待于突破的重要问题;同时分析了月球磁场研究的重要性,并展望了未来月球磁场研究的方向.     

地球和月球的弹性潮汐形变解

本文根据一个由较新的月震、月球形状、月球重力及月球天平动资料所建立的真实月球内部结构模型,解算了在地球和太阳的引潮力作用下月球表面的弹性潮汐形变。得到了表征月球弹性潮汐形变的特征数--月球勒夫数。这个结果与国外一些学者采用假想或简单月球模型所得结果有较大不同。同时,本文还根据近年来出现的新的地球模型,再次求解了地球的静态勒夫数。结果表明,采用不同的地球模型对解算地球的静态弹性潮汐形变的结果影响很小。     

应用LP165P模型分析月球重力场特征及其对绕月卫星轨道的影响

通过现有的最新月球重力场模型LP165P和GLGM 2模型对月球重力场的特征进行了分析，计算了相应重力场的阶方差，给出了两种模型在月球外部空间不同高度上的重力异常分布图，分析比较了截断至不同阶次的月球重力场模型在不同高度上所反映的月球重力场的特征和差异.此外，利用GSFC/NASA/USA的GEODYNⅡ轨道分析软件模拟计算了不同高度处卫星的轨道变化，得出了在进行一定高度的轨道计算时，可以对重力场模型进行适当截断的结论.     

基于category5月球内部结构模型的月球重力固体潮理论值计算

在地球、太阳和其他行星的引潮力的作用下,月球表面上任一点重力值将产生周期性的变化称为月球重力固体潮理论值.研究月球重力固体潮有助于我们更好地了解月球的内部结构、地壳运动以及月球的演化过程,这也为登月任务和月球探测提供了重要的科学依据,帮助我们更好地探索和理解月球的特性和性质.本文阐明了月球重力固体潮形成原因,根据category5月球内部结构模型计算出月球重力潮汐因子,依据Newcomb理论,采用ELP2000-85解析星历和Eckhardt月球天平动模型,提出一个计算月球重力固体潮理论值的方法,选取Apollo11作为测站,以波形图的形式输出该测站一天、一个月、一年的月球重力固体潮理论值,并探索讨论月球重力固体潮与月震的关系.结果表明：该测站一天、一个月、一年的月球重力固体潮理论值,最大值分别为：-1309μGal、-1290μGal、-1277μGal;最小值分别为：-1343μGal、-2349μGal、-2349μGal;与地球重力固体潮(这里选择与Apollo11经度纬度相同的坐标作为测站相比),月球重力固体潮变化相对简单,但波动幅度较大;推测月球的重力固体潮与深源月震之间可...     

对月球重力场特征的理解

依据克莱门汀号和月球勘探者号月球探测器所获得的数据所建立最新的地球重力模型和地形模型，为人类深入了解月球内部性质及其演化特征，提供新的平台.M.T. Zuber (1994) 和 M. A. Wieczorek (1998) 所建立的月壳全球模型，为利用最新月球着力资料研究月球内部构造和演化，揭示月球上独特的“物质瘤”之成因等科学问题，开凿了先河.本文通过对现有的月球重力和地形数进行分析和计算，提出作者对月球内部物质分布特征的理解和一些认识.从宏观角度看，月球布格重力异常与月球地形起伏是相关的，统计结果表明它们呈弱负相关，从均衡角度来说，在月球停止大规模内部物质运动之前，月球壳幔可能已基本达到均衡；从Mascon深度估算结果来看，一些大型的Mascon基本属于玄武岩浆“充填”型的，少数Mascon可能与月幔柱有关，如东方海Mascon.     

月球南北两极研究进展与发展趋势

本文着重对上世纪90年代开始的对月探测中关于月球南北两极的一些研究结果进行了综述，包括地质地貌，水冰及其光照条件等问题.笔者认为，在未来的对月球两极的探测活动中，获取月球两极更高空间分辨率的地形和地质等数据是非常重要的，而与此相关的光照，温度及同月球基地建设相关问题等研究将是主要的研究方向，且必将随着各国探测进程的发展取得更多和更深刻的认识.     

月球表层及月壳物质密度分布特征

月球表层与月壳岩石密度的横向与径向的变化,反映了月表及内部成分以及月球演化等特征.本文利用月球勘探者号伽马射线谱仪探测的月表Fe, Th与Mg元素分布数据,依据前人给出的元素含量与岩石类型的关系,对月球表层进行了岩性填图,并结合岩石样品与陨石的密度测试数据建立初始密度模型,采用铁元素与岩石密度的关系对其进行修正,从而建立了月表物质密度分布模型.基于嫦娥一号激光测高数据和日本SELENE计划发布的月球重力模型,计算出月球布格重力异常,进而反演得到月壳0~40 km深度范围内岩石平均密度分布模型.分析表明,大部分区域上,月壳至少月壳上部岩石成分主要以轻质的富含铝、钙、镁质的硅酸盐类岩石为主.由此推测,原始月壳极有可能是由轻质的、富含钙、镁质硅酸盐类岩石构成的全球性月壳.现今的玄武岩与克里普岩只是覆盖于原始的月壳之上的岩层,且厚度不大.     

新53阶次月球重力场及其精细结构

月球重力场是了解月球内部结构的重要信息之一.日本SELENE卫星首次获得月球背面卫星轨道的直接探测数据并建立了更高精度的全月球重力场模型.本文根据日本公布的采样间隔为60 s、轨道高度为100 km的SELENE卫星观测资料并利用作者移植的GEODYN-II微机版本软件求解出新53阶次月球球谐场模型LG-53.经过测试表明移植后的微机版本比原始工作站版本的计算效率提高了5到10倍.理论上表明60 s采样间隔、100 km高度的轨道数据能够计算出60阶次的月球球谐系数模型,但是作者在实际计算过程中发现:在接近理论阶次(60阶次)的一系列模型中出现了平行于经线的高频噪声,且模型越接近理论阶次其噪声越高.因此本文将53阶次月球球谐系数模型LG-53作为最后的解算结果并建立各种月球重力异常场,并将其与美国GLGM-2 (70阶次)模型和利用嫦娥1号数据解算出的CEGM-01(50阶次)模型对比,发现新53阶次重力场模型LG-53在高纬度和月球背面都显示出了更高分辨率的异常特征;与美国LP165P(165阶次)模型对比发现LG-53所建立的自由空气重力异常在月球背面不存在LP165P中所出现的高频噪声.与日本90阶次SGM90d模型对比后发现新模型的精度较日本模型还有所差距.主要是由于两者参与计算的数据采样率不同所致.53阶次的模型LG-53能够反映100 km尺度的重力异常,而日本90阶次模型则可以反映60 km尺度的异常.利用新53阶次模型计算的自由空气重力异常图并结合月球地形图探讨了四种类型的Mascon重力异常特征及其地形特征.     

月球和地球正常重力特征差异及成因探讨

月球和地球都非常接近于旋转椭球,基于正常椭球求定的正常重力场占据了月球和地球真实重力场的主要部分,比较月球和地球的正常重力,可以更好地理解这两个天体的重力变化特征.基于Clairaut定理求解月球和地球的正常重力,正常重力随纬度的变化呈现了相反趋势,即地球是两极的正常重力大于赤道的正常重力,而月球是两极的正常重力小于赤道的正常重力.从截断误差及椭球形状与自转角速度的协调关系分析了月球和地球正常重力随纬度变化产生相反趋势的原因:月球的椭球扁率与自转角速度之间的数值关系不满足行星流体静力学平衡条件,即利用Clairaut定理求解正常重力并不严格适用于月球.     

月球磁场与月球演化

月球的磁场强度一般在1~10 nT（1 nT=10-9T）的范围内，最大磁场强度超过100 nT，强磁场区一般位于大的撞击盆地的对峙区域.月球样品的剩磁强度与铁的丰度呈负相关，在38~36亿年间形成的岩石样品剩磁强度最大.月球磁场的变化特征与月球的形成与演化有重要的关系，大碰撞学说来解释月球磁场的变化较合理.