月球探测中月面热环境影响的研究现状

在月球探测中,多光谱、热红外、被动微波辐射等探测技术被广泛应用于月表物质组分和物理特性的探测,也积累了大量探测数据。月球太阳辐照、月球表面温度、地球反照和内部热流等月面热环境的变化,改变了月表物质反射率、热发射率以及其他电磁学等基本性质,制约了探测数据的准确解译;同时,大幅度的太阳辐射强度和月面温度变化也直接威胁月面探测中巡视探测器和宇航员的安全。但是,目前月球表面热环境对探测活动的影响认识还比较欠缺,月面热环境的时空变化规律认识还不够充分,在实验研究不足的情况下对各种探测方式的影响缺乏系统的理解。结合月球探测的发展,进一步立足实验手段和探测结果,通过开展不同地形条件下月面太阳辐射和物理温度的时间变化和空间分布规律研究、探测数据与月面热环境参数时空匹配问题研究、建设具备类似物质组成和月面热环境特征的实验场地以及开展系统的热环境影响模拟实验研究,全面认识月面热环境参数的时空变化规律,探讨月面热环境对不同探测方式的影响将是月面热环境研究的重要内容。     

月球探测的进展与中国的月球探测

介绍了月球探测历程、第一次探月高潮中在月球的形状、大小、轨道参数、近月空间环境、月表结构与特征、月球的岩石类型与化学组成、月球的资源与能源、月球的内部结构与演化历史等方面所取得的成果。提出了中国开展月球探测的初步设想,认为近期中国的月球探测应以不载人月球探测为宗旨,分为“绕、落、回”三个发展阶段,即环月探测、月面软着陆器探测与月球车月面巡视勘察、月面软着陆与采样返回。     

月球探测与人类社会的可持续发展

1959年至1976年的18年是人类第一次月球探测高潮，美国和前苏联共成功发射了45个月球探测器，获取了382kg的月球岩石和月壤样品，这些探测资料和月球样品的系统分析与研究，大大促进了人类对月球、地球和太阳系的认识，并带动了一系列基础科学的创新，促进了一系列应用科学的发展。通过从1976年至1994年近18年浩如烟海的月球探测数据和资料的消化、分析与综合研究后，1994年Clementine环月探测器的发射，标志新的一轮探月高潮的开始。当前，国际探月活动刚进入重返月球、逐步建设月球基地的阶段，而逐步开发利用月球矿产资源、能源和特殊环境，建设月球基地，为人类社会的可持续发展服务，已成为新世纪月球探测的总体目标。本在系统分析已有的探测与研究资料基础上，论述了开发利用月球上具有的巨大能源库、丰富的矿产资源和独特的环境资源将对人类社会可持续发展所具有的深远意义。     

月球引力场和磁场探测新进展

简要地回顾了前苏联、美国探测月球引力场和磁场的历史,介绍了各国的探月计划;较详细地介绍和分析了美国克莱门汀(Clementine,Cl）和月球探测者(Lunar Prospector,LP)两艘飞船探测月球引力场和磁场的最新成果：Konopliv A S等根据月球探测者数据绘制的最新月球重力图(LP100j,月球正面n=90,背面n=60),Halekas J S等根据月球探测者电子反射测量数据绘制的第一张全月球磁场图,Zuber M T等根据克莱门汀数据制作的月球(自由空间和布格)重力异常图和月壳厚度图;提出了开展有关研究工作的几点建议。     

月球水冰探测进展

月球上是否存在水冰是第二次月球探测热潮中的热点问题。 1 994年克莱门汀号 (Clementine)环月探测器搭载的频率为 2 .2 73GHz双基地雷达探测到月球南极一些地区出现同向极化增加等独特的回波特征 ,这些地区正好处于极地永久阴影区 ,表明这些地区可能存在水冰。Arecibo天文台频率为 2 .38GHz的地基雷达对月球极地进行制图 ,也得到类似结论。 1 998年月球勘探者号 (LunarProspec tor)环月探测器搭载的中子探测仪在月球极地永久阴影区探测到高含量的氢信号大多认为是水冰引起的。但雷达探测和中子探测结果均存在多解性。月球表面粗糙度同样可以引起雷达回波呈现出类似水冰的异常特征 ,而中子探测仪测量到的仅仅是氢信号而非水 ,而且月球勘探者号撞击月表之后并没有探测到任何的水蒸气信号。月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题的回答需要对月球极地特别是永久阴影区作进一步探索     

月球上的水：探测历程与新的证据

最早提出月球上可能有水的设想是在20世纪60年代初,但一直停留在理论阶段,即使60～70年代阿波罗计划采集的月球样品在地面实验室的精细分析也认为月球上没有任何形式的水.美国1994年发射的克莱门汀号和1998年发射的月球勘探者号虽然获得月球上可能有水的一些间接证据,但其探测数据的解释一直存在质疑和争论.2008年以来,...     

嫦娥工程月球探测任务遥感科学研究进展

我国嫦娥一号至嫦娥五号任务已经成功完成了“绕、落、回”三步走战略,在月球全球和区域尺度、月表原位尺度、样品微观尺度获得了许多重要的研究成果,深化了对月球的认识。本文从月表物理特性、月表形貌及地质结构、月表物质组成和月表浅层结构四个方面回顾了嫦娥工程月球探测任务近10年来在遥感科学方面的部分研究进展,并展望了未来月球遥感科学的研究方向。     

月球资源探测信息的管理与可视化探讨

在中国未来的月球探测计划中,可能获取的月球表层数据包括地形、地貌、岩层、土壤、资源、环境以及各种相关的结构、物质成分数据。这些数据既有空间数据,也有属性数据。为了实现月球资源探测工作信息化,可以借鉴“数字地球”的理念并采用“多S”结合与集成化技术,对所获取的海量月球表层数据进行一体化存贮管理,构建一个“数字月球”并实现其空间数据和属性数据之间的双向查询检索,以及对表层复杂结构信息分析的可视化。     

月球钻探取样技术研究进展

“嫦娥5号”探测器的成功发射，揭开了我国月球采样返回的序幕。面对当前月球（未来深空）探测的需求，钻进技术作为能够获取深层地质样品的最常用手段，受到越来越多的关注。然而，地球环境下的常规钻探机具与工艺在面对月球（太空）环境时并不能直接进行应用。基于此，本文就当前各国月球钻探技术的研究进展进行了广泛调研与分析，具体包括真实月壤的性能及模拟月壤的研发、月球环境对钻进的影响、月球钻探机具结构和月球钻探规程的探索等几个方面；并对未来月球钻探技术的发展进行了分析思考。     

我国月球探测的总体科学目标与发展战略

在简述月球探测的历程与趋势的基础上,强调当代月球探测的总体目标为：①研究月球与地月系的起源和演化,特别是月球大气层与磁场的消失,矿物与岩石的分布和形成环境、月壤和内部层圈结构的形成以及月球演化的历程;②探测月球的资源、能源和特殊环境的开发利用及对人类社会长期可持续发展的支撑。我国不载人月球探测划分为绕、落、回三个阶段。为了全球性、整体性重新认识月球,绕月卫星探测的科学目标是为了获取全月面三维影像,探测14种有用元素的全球分布与丰度,探测月壤厚度并估算氦 3资源量以及太阳活动对空间环境的影响。"落"为月球探测器软着陆就位探测和月球车巡视探测,建立月基光学、低频射电和极紫外天文观测平台。"回"为月球探测器软着陆就位探测和取样返回地面。     

太平洋洋壳流运动对地形地貌的影响

我国学者原创的洋壳流力学,以海底扩张理论为基础,进一步认为海岭顶部涌出的物质不只是向两侧作简单更新和扩张运动,同时存在复杂有序的后续相互力作用。如运用宏观统计的方式,发现太平洋洋壳流以一定的运动方向、力作用与陆地、海岭相遇,必然产生相对应的具有鲜明特点的地形地貌,并绘出该区域现代洋壳流运行路线,由此推出地壳表面地形地貌的形成,是洋壳流运动与陆地相互力作用的结果。洋壳流力学分析方法使地球从南端到北端,从东半球到西半球之间的地质力学分析更细腻,更精确,更能体现全球地质运动的整体性,为一种领先的新地质力学理论。     

A Preliminary Study of Classification Method on Lunar Topography and Landforms

Lunar topography and landform, resulting from endogenous and exogenous geophysical processes of various spatial and temporal scales, carry information of these processes and target properties. Geoscientists use morphometric analysis at different scales to study lunar topography, which is one of the four scientific objectives of China's lunar exploration project. This article first reviewed the lunar topographic types from different researchers, analyzed classifying method and progress, discussed geological mapping method of 1∶ 5 000 000 complied by United States Geological Survey in the 1970s. In consideration of the present situation of the lunar surface morphological characteristics, the pattern of macroscopic forcing, morphologic variation and combination characteristics and function way, etc., a matrix combining multi-stage classification method was put forward based on the characteristics of the topography and geologic age, which included 7 geologic ages and 14 morphologic classes. Geological ages can be divided into Copernican System (C), Copernican-Eartosthenian System (CE), Eartosthenian System (E), Eartosthenian-Imbrian System (EI), Imbrian System (I), Imbrian-PreImbrian System (IpI) and Pre-Imbrian System (pI). As to topographic types, the first class can be divided into lunar mare, lunar basin, lunar terra and lunar crater. As to their second class according to morphological differences, the lunar basin can be divided into basin plain and circum-basin, and lunar mare can be divided into mare plain and mare dome; lunar terra can be divided into terra plain, plateau and hill, and craters can be divided into main sequence crater, crater plain, secondary crater, crater chains and clusters, rayed craters, irregular crater and undivided crater. Thus, 46 subclasses including geologic and morphologic features were obtained in this classification system. The test mapping method was addressed in Sheet H010, which shows the combination classification method is reasonable.     

月球构造新认识：基于60m高精度全月月形图的月球构造形态学研究

一直以来月球上都没有发现像地球上一样的全球板块构造现象,被认为是属于单板块构造的行星体并且是不活动的。随着月球地形探测精度的提高,人们逐渐发现了一些地质现象表明月球并不像之前想象的一样是不活动的。高精度的月形数据显示出了月球上除了存在众所周知的(撞击作用产生的)复杂的撞击构造外,仍然存在许多可能由内生作用产生的构造特征:如裂谷、山脊、火山群等。本文利用最新高精度月球激光高度数据(LOLA数据)建立了全月60m(相当于7秒网格)高精度月形图。由于数据量超大(TB级别),作者编写了基于并行架构的集群计算处理代码,其计算效率提高了近300倍。基于这些图件,作者在全球范围内找出许多重要的构造现象,并根据其构造及地质特征进行分类研究。研究结果表明并不像之前认识一样,月球上的确存在许多地质构造体是由月球的内生地质作用所产生,并建立对于月球结构和构造的新认识。此外,通过对比发现,像地球上全球尺度的线性山脉只是板块构造运动的结果;另一方面,在无板块构造的行星上,就像月球一样,会产生大面积的高地(月陆)和低地(月海地区),这种地质现象很有可能是行星地壳岩浆演化的直接结果。在文章最后,作者还将制作出的60m分辨率的全月月形系列图件附后并公开,以方便其他科研人员进一步开展相关研究;并以此敬献中国地质科学院60周年庆典。     

Aeolian Geomorphology in the Era of Deep Space Exploration

The exploration of "Deep Sea, Deep Earth and Deep Space" provides opportunities and challenges for the development of geoscience, and geographical science begins to meet the climax of deep space exploration represented by Mars. In China, Martian exploration will be launched in 2020, which will carry out global and comprehensive surrounding exploration of Mars, patrol detection in some local areas, researchers need to be well prepared for the study of planetary geosciences including aeolian geomorphology based on these coming data. Aeolian geomorphology is divided into three stages based on the development history and trend: classical research focusing on single dune observation, modern research with earth system ideology and future research mainly on extra-terrestrial planets. The characteristics of each developing stage were summarized, and we believe that the planetary aeolian research will come naturally. Then, the development and achievement of planetary aeolian research are summarized, the existing problems and future developing trend were also discussed here. Study shows that there are many types of aeolian landforms on Mars, Venus and Titan, and the aeolian process is the most active modern surface process. Aeolian geomorphology in different planets has good similarity, but the difference is also obvious, which means that they have similar formation mechanism, but different formation and evolution conditions, therefore, the theory of aeolian geomorphology will be improved and enriched gradually through the comparative study on different planets. There are obvious advantages in revealing the formation laws and mechanism of aeolian geomorphology in extraterrestrial planets because of the simple formation conditions, and the research of aeolian geomorphology in the era of deep space exploration is in the ascendant.     

月球某些资源的开发利用前景

21世纪月球探测的主要趋势是建立月球基地，开发利用月球的矿产资源，能源和特殊环境，为人类社会的可持续发展发挥长期而有效的支撑作用，通过对月海玄武岩中的钛铁矿，克里普岩中的U，Th,REE和月壤中的拟－3在月面的含量与分布的系统分析，月海玄武碉中蕴藏有极丰富的钛铁矿，TiO2总资源量超过70万亿t，钛铁矿还是月球基地生产水和火箭燃料的主要原料；克里普岩是未来月球探测与研究的热点之一，其蕴藏有巨量的铀，钍，钾，磷和稀土元素资源；月壤长期受到太阳风的辐射，使其蕴藏有极其丰富的氢，氦，氧，氮等气体资源，其中氦－3的资源量大于100万t，它是一种可供人类社会长期使用的，安全，清洁，高效，廉价的核聚变发电燃料，其含量与月壤的化学成分，矿物组分，颗粒大小等有密切的关系。     

微波雷达在嫦娥探月工程中的应用

微波穿透雷达对月球的观测方式可以分为地基、星载环绕、星地联合以及就位探测等。对比其他探测手段,微波雷达在探测范围和空间分辨率上有很明显的优势,因此在月球和其他行星探测中起着重要的作用。国内外越来越多的深空探测任务已经或准备携带微波雷达,用于探索地外天体的浅表层地质结构,以了解行星地质过程和演化历史。本文综述了我国嫦娥三号和四号月球车玉兔号和玉兔2号在就位微波雷达(测月雷达)探测月球浅表层地质结构方面所取得的新进展,重点阐述了测月雷达在揭示月壤内部的精细结构、表层与次表层地质结构探测等方面的应用。最后,展望了我国月球微波雷达的发展趋势。     

我国探月工程可采用的一种月球钻探取样方法的初步分析

美国和前苏联已完成的月球取样方法分别是载人登月取样和地面遥控取样钻机取样。基于美国和前苏联的方法,提出了一种可供我国嫦娥工程选用的月壤钻探取样方案,即用遥控取样钻机,配备硬质合金钻头、空心螺旋钻具,采用振动-回转钻进工艺。在高真空和低重力条件下,可选用空心螺旋钻具来解决排屑和钻压问题。顺利排屑的基本条件为钻具的螺旋升角应小于月壤与钻具之间的摩擦角、钻具的回转速度应大于临界转速。通过分析计算可知在月球上采用外螺旋钻具时,临界转速比在地球上要小得多,因此在获得同样的回转力矩条件下可匹配较小功率的电动机。