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。     

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。     

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1990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。     

VLBI技术成功应用于我国首次月球探测工程

“嫦娥一号”卫星绕月探测工程是我国首次月球探测工程,是我国跨入深空探测的第一步,在我国航天事业的发展史上具有里程碑意义。2004年1月我国正式启动月球探测工程,工程主要分“绕”、“落”、“回”三期,现处第一阶段。绕月探测工程由嫦娥一号卫星、长征三号甲运载火箭、西昌卫星发射场、测控系统和地面应用系统等五大系统组成。VLBI（甚长基线干涉测量）分系统是绕月探测工程测控系统的一个分系统,是测控系统的重要组成部分,与测控系统的USB系统共同完成嫦娥一号卫星在除发射段外的各个轨道段的测轨任务。     

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。     

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。     

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。     

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。     

月球澄海玄武岩矿物成分研究

月球玄武岩的矿物组成反映了源区的化学成分和岩浆的结晶环境.了解月海玄武岩的矿物组成对研究月球岩浆演化具有重要意义.选择澄海为研究区,综合利用光谱、地形、元素等多源遥感数据将澄海划分为55个地质单元.基于月球矿物制图仪(Moon Mineralogy Mapper, M~3)数据,提取84条新鲜撞击坑光谱曲线,计算吸收中心波长、波段面积比等光谱参数.通过分析光谱吸收特征,获得澄海玄武岩镁铁质矿物的空间变化特征.研究结果表明,澄海玄武岩镁铁质矿物主要为高钙单斜辉石.澄海中部和南部地质单元具有较低的橄榄石/辉石比,东部和西部地质单元具有较高的橄榄石/辉石比.从东、西部到中部区域,橄榄石/辉石比例逐渐降低.     

月球的形状及其物理参数

本文简要评述了研究月球形状的一般理论和已取得的主要结论,包括对月球进行空间探测(包括Doppler跟踪和LLR观测)以来,在这一领域内发生的重大变化,它们涉及月球内部密度分布模型的建立,对月核大小限制的讨论,月球的弹性以及自转能量耗散等问题。最后,综合这一领域内已获得的研究成果,提出了一项有关选择月球物理参数采用值的建议。     

美国宇航局的一对探月“圣杯” “月球重力恢复和内部实验室”发射

2011年9月10日,美国航空航天局从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地17B发射台用德尔他-2火箭发射了一对名为“圣杯”的探月卫星,其全称是“月球重力恢复和内部实验室”（Gravity Recovery And Interior Laboratory--GRAIL）月球探测卫星,它们将对月球进行详细的勘测,绘制精确的月球重力分布情况,     

月球水冰将使人类梦想成真

月球水冰将使人类梦想成真１９９４年,美国宇航局发射的“克莱门汀”（Ｃｌｅｍｅｎｔｉｎｅ）号无人驾驶宇宙飞船对月球进行了新的月貌测绘,并对其矿物构成和引力分布进行了探测。１９９６年１２月,一科学小组对１９９４年该飞船发回的雷达信号进行分析后发现,月球...     

风暴洋晚期玄武岩厚度及规模研究

风暴洋是月球最大的月海,分布着大面积的晚期(爱拉托逊纪)玄武岩,是研究月球晚期岩浆活动的良好场所.了解月球晚期玄武岩的厚度、体积乃至喷发通量对于了解风暴洋乃至月球晚期的热演化具有重要意义.爱拉托逊纪玄武岩富橄榄石和钛铁矿,其下伏的雨海纪玄武岩富辉石,这两类玄武岩的光谱特征差异十分明显,极易通过高光谱数据进行地层识别.基于月球矿物制图仪(Moon Mineralogy Mapper,M3)数据判断撞击坑是否穿透上覆地层,利用撞击坑挖掘法研究风暴洋爱拉托逊纪玄武岩的厚度,并绘制风暴洋地区晚期玄武岩的高分辨率厚度分布图.结果表明:风暴洋爱拉托逊纪玄武岩的平均厚度约为(24±2)–(88±2)m,最大厚度出现在阿利斯塔克坑(Aristarchus)西部,大多超过60 m,最小厚度值分布于研究区最南部,厚度约为28–31 m.嫦娥五号预定着陆区(吕姆克山,Mons Rumker)附近的厚度约为31–38 m.马里厄斯坑(Marius)以东的区域厚度约为35–45 m,远小于Weider等人所估测的100–300 m.风暴洋地区暴露的爱拉托逊纪玄武岩总体积约为1.39×10~4km3,仅占风暴洋地区玄武岩总体积的1.6%,表明爱拉托逊纪玄武岩浆活动较之雨海纪已极大减弱.     

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。     

月球的内部构造与月震

本文讨论月球的内部构造与月震震源径向分布的关系。我们认为,月球的刚度随深度的增加而减小是月震径向分布规律的决定因素。 我们采用由两个均匀同心层组成的月球模型,分别对均布表面载荷和均布径向体力求出了弹性力学解。结果表明,当内球的刚度比外壳小时,最大剪切应力位于接近内球边界的外壳上,这就解释了月震的径向分布规律,并从理论上说明了月球液核的存在。     

掩星驿站

以下表中预报时间为北京时间,列出主要城市所见月掩星情况,其他地区所见时间可参考距离表中最近的城市所见时间,不过在时间上会相差几分钟。％ill是月球光照面百分比,即月球被太阳照亮部分和月球视直径部分的百分比,数字后面的＋号表示满月前,数字后面的一号表示满月后。     

掩星驿站

以下表中预报时间为北京时间,列出主要城市所见月掩星情况,其他地区所见时间可参考距离表中最近的城市所见时间,不过在时间上会相差几分钟。％11]是月球光照面百分比,即月球被太阳照亮部分和月球视直径部分的百分比,数字后面的＋号表示满月前,数字后面的一号表示满月后。Alt是月球高度,即月球中心距离地平线的高度。CA是月尖角,掩星现象发生位置距离最近的月尖角度,负数表示光面现象,通常以南（S）北（N）表示。wA是屈氏（Watts）角,由月球北极开始计算的角度。使用时,由月球北极开始按逆时针方向,将月面分成每十度一格,共360度,月球的危海大约位于300度。     

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。     

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.