月球探测中的测绘技术

深空探测是21世纪空间技术的一大热点。月球虽然是一个非常严酷的环境,但它是人类走向宇宙的跳板。而且,月球所蕴藏的丰富资源和理想的环境具有巨大的诱惑力,从而使月球探测成为各国必争的领域。本文介绍了月球探测的发展和月球的环境,分析了月球测绘的重要性,展望了测绘在月球探测中的作用,建议尽快开展月球测绘的研究。     

月球航天探测和月球测绘

对月球航天探测的主要情况作了回顾,概要介绍月球地形测绘和月球大地测量.首先介绍月球大地测量(Selenodesy)的定义和方法.月球大地测量的特点是它的观测数据绝大部分都要依靠航天探测器或环月、绕月卫星来获取.月球大地测量的内容可以考虑有三个方面:一是在月球上给出一个有确定定义的坐标参考系,并在其中布测一个控制网;二是确定这一月球参考系的大地测量几何和物理常数;三是求定月球的外部重力场.最后概述月球地形测绘的特点.     

月球地形测绘和月球大地测量(5)

主要介绍月球地形测绘和月球大地测量的情况。第一部分论述了月球大地测量(Selenodesy)的定义和方法。月球大地测量的一个特点是它的观测数据绝大部分都要依靠航天探测器或环月、绕月卫星来获取。月球大地测量的内容可以考虑有三个方面:一是在月球上给出一个有确定定义的坐标参考系,并在其中布测一个控制网;二是确定这一月球参考系的大地测量几何和物理常数;三是求定月球的外部重力场。第二部分介绍月球地形测绘。重点介绍了月球地形的特点,它大体分为月海、月陆、环形山等三种类型。     

探月——月球测绘面面观

十九世纪初出生的法国科幻作家儒勒·凡尔纳在他的科幻小说《从地球到月亮》中描写了一个难以置信的月球大炮,书中的人用这门大炮把飞船送到了月球轨道；他还写道,“总之,一些比较精密的仪器利用新的方法,不停地搜索着月球,不留一点没有探索到的地方。……它的任何秘密总逃不过天文学家的眼睛,这些能干的科学家的奇异的观测走得还要远呢。”     

欲与嫦娥共舞——月球测绘引领未来

又是一年月圆时，年年望相似的明月如今离人类更近了。随着人类第二次探月高潮拉开序幕，来自地球的测绘科技文明与九天嫦娥共舞。测绘月球，绘制三维月球地图，搭建月球空间信息平台，测绘科学家正在全力谋划，助人类踏上梦想的天阶。2003年3月1日，我国政府正式启动了月球探测计划。我国对月球的探测计划具有非常科学的目标，重点突出，起点很高，需要与月球探测相关的各项科学技术的有力保障。配合我国月球探测计划，有关月球测绘的研究受到我国测绘界的高度重视。国家测绘局密切关注我国科技发展动向，积极配合探月工程，在今年发布的《测绘科技发展”十一五”规划》中明确提出，实施月球测绘技术研究，为月球探测工程提供保障。在我国测绘工作开始不断从陆地向海洋、深空拓展的新形势下，月球测绘不仅对我国探月工程有着极为重要的现实意义，而且将引领测绘工作向更高更新的方向健康发展。[编者按]     

月球探测最新进展

介绍当今各国探月的最新进展,研究中国的"嫦娥"计划和日本的"月球女神"计划的科研目标和科学荷载,分析其各自的优势以及创新之处,并展望月球科学的发展方向.     

月球探测与研究进展

从月球物质成分探测、内部结构探测和月球起源与演化3个方面对月球探测与研究的成果进行了全面总结,对月球探测与研究中存在的问题以及发展方向进行了初步分析。在物质成分探测方面,放射性探测与遥感探测技术充分结合及综合应用将深化对月球物质成分的认识,是重要的发展方向;在内部结构探测方面,综合各种月球物理探测技术是重要的发展方向,获取更全面的月震数据是研究月球内部圈层结构的关键;在月球起源与演化方面,随着各种探测数据的不断丰富,多种假说并存逐渐向统一的理论发展。     

月球探测的发展

月球距离地球38 4万公里,是地球唯一的天然卫星,是人类进行深空探测向外层空间发展的最理想的跳板和中转基地。本文对19世纪50年代末以来世界各国发射的月球探测器作了简要回顾,概括了人类月球探测的历程,分析总结了月球探测的成果及月球基本的几何和物理参数,并对世界各国正在实施或即将进行的探月计划进行了详细介绍。进入20世纪90年代以来,各航天大国再次兴起月球探测热潮,为21世纪建立月球基地,开发月球资源做准备。     

月球探测50年

首先分析月球探测的驱动力,接着分四个阶段回顾近50年的月球探测活动,包括每个阶段的主要特征、代表性的探月计划和所取得的重要成果。最后介绍各个航天大国即将开展的月球探测项目,并描述我国的月球探测计划。     

月球探测概观

月球探测是人类深空探测的第一步。本文旨在对人类探测月球的光辉历程进行归纳与比较,并以表格的形式分别列出各主要国家月球探索的成就与未来发展计划。试图以各主要国家探月历程、现状和未来计划为例,客观描绘月球探测的意义及前景。希望通过月球探测的综合分析与比较,为进一步认识月球、利用月球资源提供思路,同时也为未来月球测绘事业的发展提供参考。     

On applications of selenodesy to lunar detection

IntroductionIn order to continuously track and surveylunardetector and other deep space detector and re-ceive the observation signals fromthem,the Na-tional Aeronautics and Space Administration(NASA) of America has started to establish thedeep space netwo…     

月球重力场模型GL0660B特征分析及其对绕月卫星轨道的影响

月球重力场可用来研究月球演化过程和内部结构,是影响绕月卫星精密定轨的重要因素。基于GRAIL任务数据解算的GL0660B重力场模型,极大提高了月球重力场空间频谱信号的强度和范围。本文首先通过计算相应重力场的阶方差和地形相关性分析,对GL0660B模型进行了精度分析;其次,利用GL0660B模型和其他几个月球重力场模型进行比较,对月球重力场的特征进行了分析;然后通过绘制GL0660B模型和LP150Q模型在月球外部不同高度处的重力异常图,分析比较了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;最后,利用GEODYN软件模拟计算了不同高度卫星的轨道变化。可以看出绕月卫星离心率随时间的变化,以及周期性变化趋势,而且不同高度卫星轨道处质量瘤的摄动影响不同,远月点、近月点和偏心率的变化也存在差异。     

绕月飞行器近圆形轨道演化的数值分析

利用GSFC/NASA/USA的GEODYNⅡ软件,并引入JPL/NASA/USA最新的165×165阶次的月球重力场模型LP165P,通过对该模型进行截断,仿真计算了不同阶次的月球重力场模型对轨道演化的影响,在相同的重力场模型下,计算了不同轨道高度、不同倾角和不同轨道偏心率的轨道演化情况。大量的仿真计算表明,高倾角、圆轨道的中低轨(150 km或200 km)绕月飞行器具有相对稳定的轨道演化特征,在不进行任何调整的情况下,其轨道持续运行时间超过1 a。同时计算表明,轨道积分过程中可以截断月球重力场模型至100阶次而不损失精度。     

月球重力场的确定及构建我国自主月球重力场模型的方案研究

对绕月卫星的运动规律以动力学方程的形式进行了描述,并讨论了绕月卫星定轨中动力法和几何法的适用性以及通过定轨观测获取月球重力场模型的计算方式和优化算法;在归纳月球重力场确定的技术流程的基础上,针对月球背面绕月卫星摄动无法观测的困难,分析了目前所能采取的各种处理办法及其特征。结合我国即将发射的“嫦娥卫星”装备有激光测高计这一特点,提出将月球表面地形与月球重力场之间的强相关性作为约束来确定我国自主重力场模型的设想。     

岩浆洋分异与月壳

针对月核大小及密度估计问题, 利用高分辨率重力场模型GL1500E的二阶位系数和LLR(lunar laser ranging)天平动参数, 考虑月核分层为外核和内核的情况, 结合非线性粒子群优化算法, 对月核大小和组成进行了估计。大批量的统计结果表明, 大概率分布的外核半径r_c1约为469 km, 内核半径r_c2约为303 km, 外核密度ρ_c1约为4 613 kg/m³, 内核密度ρ_c2约为7 004 kg/m³, 月幔密度ρ_m约为3 340 kg/m³。月幔密度非常接近地质研究结果3 360 kg/m³, 内外核半径与近期其他研究结果相近, 估算的月核大小与密度组成具有一定的参考价值。若月核由纯铁和硫化亚铁组成, 则研究表明, 内核大部分由纯铁组成, 外核大部分由硫化亚铁组成。     

嫦娥一号绕月探测卫星精密定轨实现

利用最新的月球重力场模型GL0660b对嫦娥三号探测器定轨的影响进行分析,并与LP150Q和SGM150模型进行了比较。首先计算了三个重力场模型的功率谱,分析了系数阶方差和误差阶方差的性质,GL0660b大大提升了月球重力场模型的阶数和解算精度;然后讨论了各模型在月球外部空间不同高度处截断到不同阶次的重力异常分布。利用这三个重力场模型对嫦娥三号环月期间的轨道进行解算,计算结果表明,利用GL0660b模型截断至150阶次,100 km×100 km轨道重叠弧段精度约为22 m,和LP150Q,SGM150全阶次模型精度相当;对于100 km×15 km轨道,GL0660b模型截断至360阶次,重叠弧段精度约为21 m,优于LP150Q和SGM150计算结果。     

GRAIL月球重力场模型定轨性能分析

由最新GRAIL跟踪数据解算的月球重力场模型相较于之前的模型在分辨率和精度上有了巨大的飞跃,本文采用月球重力场模型GRGM660PRIM,通过与历史LP150Q和SGM150j模型对比,从轨道预报和精密定轨两个角度定量分析了GRGM660PRIM的定轨性能。计算结果表明,对于卫星轨道寿命预报,GRGM660PRIM并未体现出较大优势,与LP150Q和SGM150j相当;对于大倾角的Apollo 16子卫星的精密定轨,GRGM660PRIM体现出其高精度、高阶次的优势,双程Doppler测速残差RMS由1.36~1.48 mm/s降低至0.722 mm/s,三程Doppler测速残差RMS由1.67~1.69 mm/s降低至1.2 mm/s,定轨精度得到显著的提高。     

月球重力场模型质量及可靠性的分析评定

月球重力场模型球谐函数展开式的核心是一组正常化位系数。介绍了当前几种主要月球重力场模型建立所采用的探测器跟踪数据的特点;分析了重力场信号随模型轨道高度、阶次变化的特性。同时以考拉(Kau la)准则为标准比较了各模型位系数的阶方差曲线与考拉曲线的吻合情况。从信噪比的角度出发,提出了对模型进行可靠性分析的方法。通过计算对比各模型的信噪比来反映其空间频谱信号和频谱误差的强度关系,从而对模型质量和可靠性做出分析评定。     

GGOS和大地测量技术进展

在2005年8月澳大利亚凯恩斯(Cairns)国际大地测量协会(IAG)科学大会上,全球大地测量观测系统(GlobalGeodeticObservingSystem,简为GGOS)作为这次科学大会一个重要议题成为一个热点问题,也成为未来大地测量学科进展的一个风向标。本文较为全面地介绍了GGOS的背景、目标、任务和科学原理等,结合GGOS在全球动力系统观测中的应用构想,说明了GGOS与其他地球观测系统越来越紧密的联系和相互促进的发展趋势。除此之外,本文还简要介绍了这次科学大会其他领域如大地坐标框架和卫星重力等领域的最新进展。