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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

基于卫－卫跟踪观测技术利用能量守恒法恢复地球重力场的数值模拟研究

根据卫－卫跟踪观测技术的测量原理，基于能量守恒法建立了一种新的双星相互跟踪和三星相互跟踪的卫星观测方程. 通过数值模拟，采用预处理共轭梯度法恢复120阶地球重力场. 模拟结果表明：第一，双星相互跟踪恢复地球重力场的精度和美国喷气动力实验室公布的EIGEN GRACE02S的结果相符合；第二，三星相互跟踪恢复地球重力场的精度较双星提高约2倍.     

嫦娥一号图像数据处理与全月球影像制图

“中国首次月球探测工程全月球影像图”是我国第一幅覆盖月球的遥感影像图, 将成为嫦娥工程后期探测和月球科学研究的重要基础图件. 详细介绍了嫦娥一号CCD图像数据的获取、数据特点和数据质量, 描述了图像数据的处理方法和流程, 按制图规范对图像数据进行了镶嵌拼接和处理, 制作了覆盖全月球的1:250万比例尺影像图, 并进行了影像图的定位精度分析. 数据处理和制图结果表明, 嫦娥一号CCD数据及其定位精度能够满足1:250万比例尺的制图要求, 制作的“中国首次月球探测工程全月球影像图”, 其相对定位精度优于240 m, 平面定位精度约为100 m~1.5 km, 定位精度略好于2005联合控制网(ULCN2005)和克莱门汀基础地图(2.0版); 对所有像元进行了逐一光度校正, 大大改善了全球图像的一致性, 是目前覆盖最全、图像质量最好、定位精度最高的全月球影像图.     

嫦娥三号

嫦娥三号卫星是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器．嫦娥三号由着陆器和巡视探测器（即“玉兔号”月球车）组成．进行首次月球软着陆和自动巡视勘察．获取月球内部的物质成分并进行分析．将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。     

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...     

新近月球重力场模型与地形模型的局部导纳和相关性分析

本文利用三个高阶重力场模型LP150Q、GLGM-3和SGM150j以及嫦娥地形模型CLTM-s01,在频率域内使用固定窗口的方法,研究了不同重力场模型的重力/地形局部导纳谱与局部相关谱的全球分布,以及典型质量瘤盆地重力/地形局部导纳谱与局部相关谱分布的特征.结果表明:加入远月面重力场信息有助于增强重力场模型在中高频段的信号强度;三个重力场模型LP150Q、GLGM-3和SGM150j均适合于作近月面重力/地形局部导纳与局部相关性的分析和近月面地球物理参数的估计;重力场模型LP150Q和GLGM-3较适合作远月面大范围的研究,不适合于作远月面重力/地形局部导纳谱与局部相关谱的分析以及作远月面局部区域地球物理参数的估计,SGM150j较适合于作远月面局部区域地球物理参数的估计;近月面大型质量瘤盆地异常质量的尺度比远月面质量瘤盆地异常质量的大,而深度也比远月面的深.     

The lunar fossil bulge hypothesis revisited

The lunar gravity field can be satisfactorily explained by relatively-small wavelength, density anomalies located near the lunar surface. The exceptions to this are the second degree harmonics and we postulate a dual origin for these terms; they are partly a consequence of the same near-surface anomalies as the remainder of the gravity field and partly a measure of a fossil bulge. This latter contribution represents an equilibrium condition preserved from a time when the synchronously rotating Moon was approximately 25 Earth-radii from the Earth. If this shape was acquired at some time soon after 4.0 · 10⁹ years ago, then the rate of dissipation of tidal energy in the Earth has been much lower in the past then it is now. The implications of this on the evolution of the Earth-Moon system are briefly discussed.     

Comparison of dynamical and geometrical shape of the moon

The dynamical shape of the moon is described by means of the parameters of its gravity field and principal moments of inertia. These data are derived from the lunar artificial satellites (“Luna-10”, “Orbiters 1–4”), and astronomical measurements of the physical librations.The geometrical shape of the moon is determined from measurements of absolute heights of the lunar surface.The differences of dynamical and geometrical figures of the moon are analysed, and their possible interpretation is discussed.     

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.     

Solar-wind induction and lunar conductivity

A summary review of electromagnetic induction driven in the Moon by the interplanetary magnetic field is given. The point of view developed centers on inversion of Fourier transforms of the magnetic field in the free-stream solar wind (forcing function) and the response on the lunar surface measured by Lunar Surface Magnetometers. Conductivity profiles are shown to depend upon the central angle between the magnetometer given by local time and the incident wave-normal direction. The induction excites at least magnetic dipole and quadrupole “radiation”, but any scattered field is confined to the Moon's interior, save for propagation down the cavity where a TE-mode surface wave is generated. Confinement of the induced field on the sunward hemisphere and near the subsolar point is nearly complete, decreasing to the limbs, while in the diamagnetic cavity downstream of the Moon, partial confinement takes place. Both time and spatial multipoles of the induced field are present in the lunar interior complicating inversion into conductivity profiles. Profiles are reviewed and resolution limits are given and compared to those obtained from transient analysis. Finally a qualitative comparison to conductivity in the Earth is given.