嫦娥五号样品——月球遥感定量反演的新地面真值

嫦娥五号任务从月球风暴洋东北部成功返回了1731 g月壤样品.最新返回的月壤有望为月球遥感数据定量反演提供新的地面真值(Ground Truth).本研究中首先利用遥感数据获取了着陆单元的矿物组成和化学成分(FeO,TiO₂, Th),并与嫦娥五号月壤样品实验室分析结果进行对比.二者之间的差异(特别是橄榄石含量)反映了目前利用遥感数据反演元素和矿物含量的方法仍存在提升空间.本研究通过系统地对比分析发现:(1)嫦娥五号月壤具有高铁、中钛、富钍的化学特征,显著区别于已有阿波罗月壤,可为月球遥感研究提供全新的地面真值;(2)嫦娥五号月壤代表了一类发育成熟的年轻月海月壤,外来溅射物占比较小,能够反映着陆区玄武岩的成分特征;(3)嫦娥五号月壤粒径较小,符合Lunar Soil Characterization Consortium (LSCC)提供地面真值的样品标准(<45μm).此外,嫦娥五号着陆区也具有独特性:(1)位于月球正面西部的中纬度地区,不同于美苏样品返回任务所着陆的低纬度区域;(2)位于月球晚期玄武岩单元,区别于已有的光谱定标区.因此,以嫦娥五号月壤实测...     

嫦娥五号月壤的表面特征研究

嫦娥五号月壤是迄今为止人类采集返回最年轻的月球样品,记录了采样区的太空风化改造历史.研究发现,嫦娥五号月壤颗粒的表面广泛分布有微撞击坑、矿物解理面、气化沉积物、覆盖的玻璃质等典型的形貌特征,反映了在以陨石、微陨石轰击为主的太空风化改造过程中,冲击破碎、熔融溅射、气化沉积等作用对月壤颗粒形貌特征的改造.该结果梳理了月壤颗粒中太空风化作用的典型形貌改造特征,从而帮助我们更好地理解月壤的形成与演化过程.     

嫦娥五号等着陆区的月壤微波热辐射特性及地质意义分析

嫦娥三、四和五号的原位月壤探测为基于嫦娥一、二号卫星微波辐射计数据的月球科学研究提供了重要参考.本文基于嫦娥二号卫星微波辐射计数据,生成了着陆区亮温图;为了消除亮温随纬度变化的影响,突出亮温与月壤成分之间的关系,定义和制作了规则亮温图和亮温差图;基于Kaguya MI数据,制作了研究区氧化亚铁、氧化钛、单斜辉石和橄榄石含量图;结合原位月壤探测成果,系统分析了嫦娥三、四和五号着陆区月壤的微波热辐射特性.主要研究发现包括以下三点:(1)嫦娥五号着陆区具有稳定的亮温表现,表明该地区月壤成分随深度的变化不明显,可以作为微波热辐射异常研究的重要参考;(2)嫦娥三号着陆区微波数据探测范围内月壤存在分层结构,以低频数据为代表的深层、以高频数据探测为代表的浅层和以可见光成果为代表的表层,成分变化很大;(3)在嫦娥四号着陆区发现并提出了微波冷异常的存在,并初步分析了微波冷异常的成因机制.研究发现,微波辐射计数据可用于月海玄武岩的识别,可以为深化未来的月海岩浆演化研究提供重要的科学参考.     

月球表面物质介电常数:嫦娥五号月球样品的新启示

月表物质的介电常数决定了电磁波在月球次表层的穿透深度,对月球雷达、微波辐射计、月表电磁实验等科学载荷的设计与数据解译至关重要,有助于定量反演次表层结构与物理性质.对月球物质介电常数的了解,目前主要基于主被动微波遥感数据反演和对Apollo, Luna月球样品的实验测量. 2020年12月,我国嫦娥五号探测器从月球正面风暴洋北部成功采集并返回1.731 kg月球样品,为研究月壤介电常数提供了新的样品.本文首先介绍了物质介电常数基础、介质电极化机制、介电常数混合模型和测量方法,接着对月球表面物质介电常数的研究历史与现状进行了系统性梳理与总结,并给出了整个月球表面月壤介电常数的分布图.最后,介绍了我国嫦娥五号着陆区地质背景与月壤特性的最新研究结果,对嫦娥五号月球样品介电常数实验测量给出了建议,并对其潜在科学产出进行了评估.本文对月壤介电常数的梳理与认识,可以为我国后续探月工程中微波遥感载荷设计、雷达数据解译、采样点选取和样品分析等提供理论指导与支撑.     

嫦娥五号任务月球样品存储处理制备方法研究

嫦娥五号任务实现了我国首次月面自动采样返回,地面应用系统承担了样品的存储处理和研究任务,建设的样品实验室能够集中存储、处理和制备原始月球样品,实现了月球样品的地面高纯氮气环境长期存储和处理.嫦娥五号任务获得的样品包括两类:表取样和钻取样,本文针对不同样品进行了详细的存储、处理、制备方法和流程研究.样品进入地面应用系统月球样品实验室后,分为样品处理、样品存储和样品制备三个阶段进行工作,包括密封封装装置解封、样品分样(钻取样分样和表取样分样)、样品存储(表取样存储和钻取样存储)和样品制备等流程.其中,通过封装装置解封处理,顺利取出表取样和钻取样初级密封容器.通过表取样和钻取样分样操作,获得了永久存储样、异地备份存储样、工程展示样和科学研究样等.这些样品按照本文的存储方法被分别存储在不同位置的不同设备中.而科学研究样和部分工程展示样按照本文的制备方法被制成光片样,保证能够获得基础样品信息的同时,又不会破坏样品的最初特征.制备的样品将用于月球样品基本物理化学性质分析和基本特征信息描述,为后续月球样品的科学研究提供重要的样品信息和技术支撑.     

基于嫦娥五号月球矿物光谱仪数据的采样区矿物光谱识别与丰度反演

月壤的矿物组分对于探究月球成因和演化历史具有重要意义,嫦娥五号搭载的月球矿物光谱分析仪LMS为解译月壤的矿物组分提供了宝贵数据.本文采用基于多粒径矿物端元光谱库的稀疏光谱分解方法对嫦娥五号LMS获得的11组就位光谱数据进行分析,结果表明采样区的组成矿物和平均丰度为:胶结物和玻璃49.36%、辉石14.08%、斜长石18.58%、钛铁矿16.11%和橄榄石1.86%,其中79.83%矿物粒径小于75μm,估算月壤和岩石的平均水含量为67 ppm.     

嫦娥五号探测器精细开环测速及空间引力红移验证设计分析

嫦娥五号(CE-5)任务具有天地联合的优势测控资源,为地基无线电测量新方法验证、工程应用与科学研究提供了优越条件.本文重点开展CE-5探测器开环测速精细提取及应用.首先,提出了基于信号重构互相关的开环测速多普勒频率提取算法,建立了从信号输入、信号处理到观测量输出的完整实现步骤;然后,基于中国深空网开展了CE-5轨道器开环测速试验,经信号处理分析结果表明:CE-5轨道器开环测速精度达到2–3 mHz水平,优于深空站基带测速精度3–4倍;其次,通过CE-5轨道器精密定轨,有效验证开环测速观测量应用效果,结果表明:开环测速的定轨残差为0.12 mm/s,基带测速的定轨残差为0.46 mm/s;最后,提出了基于深空探测器的多体问题引力红移验证方法,从理论上分析了高精度开环测速在引力红移验证方面潜在应用可行性,初步设计了引力红移验证设想方案,以现有CE-5轨道器开环测速结果为依据,建议开展引力红移验证专项试验,有望实现10^-4–10^-5水平的引力红移验证精度.     

“嫦娥五号”将去月球取样啦

"嫦娥五号"将去月球啦!它将是我国首个实施月面取样返回的航天器,要去采集一些月壤带回地球,让科学家研究。月球表面,有一层比较厚的"土壤",叫月壤。从月球取月壤返回,是对航天器研制、运载、发射、测控、地面各系统能力的综合考验,美国和苏联已完成。1969年7月16日,美国发射"阿波罗11号",第一次实施载人登月。当月20日,"阿波罗11号"在静海着陆成功。当月24日,"阿波罗11号"带回了21.55千克月壤。     

嫦娥三号软着陆轨道优化设计与研究

在嫦娥三号软着陆轨道优化设计中,以燃料最省和着陆安全为主要目标,结合实测数据和实际要求,对嫦娥三号软着陆过程进行分析,并对各阶段控制策略进行规划,运用MATLAB对嫦娥三号的着陆轨道进行了模拟优化设计,最终确立最优落月轨迹.通过建立误差分析和敏感性分析模型,对设计的着陆轨道和控制策略进行可行性分析,获得影响着陆器安全着陆的主要因素,为今后更深层次的月球探测和轨道优化提供理论依据和方法支持.     

嫦娥一号CLTM-s01模型揭示和证认的月球地形新特征

月球的表面地形、物质成分和月壳厚度在月球正面和背面的分布均具有明显的二分性, 绕月卫星的重力和地形等探测数据实现了人类对月球表面这种差异性的研究. 利用嫦娥一号激光高度计探测数据获得的高精度月球地形模型CLTM-s01, 结合月球全球重力场分布情况, 提议出月球表面4个新的地形特征, 分别是位于背面的类撞击盆地Sternfeld- Lewis, 撞击盆地Fitzgerald-Jackson, 撞击坑Wugang和正面的火山沉积高地Yutu, 同时对以往被提议的一些大尺度撞击盆地的地形特征进行了分析和证认, 并根据盆地特征划分了不同的盆地等级.     

基于嫦娥一号干涉成像光谱仪吸收特征的月表钛含量评估

该文提出了两种基于光谱吸收特征参数的线性回归模型来探讨月表的钛含量与光谱吸收特征参数的关系.首先使用嫦娥一号干涉成像光谱仪(IIM)数据,通过Apollo17登陆区域的18个采样点计算了该区域光谱数据吸收半宽(FWHM)、吸收位置(λ)、吸收谷面积(A)、吸收深度(D)及吸收谷对称度(S)并建立了回归模型;实验发现FWHM与钛含量的相关性不明显,包含FWHM的回归模型有多个奇异值;而不包含FWHM的回归模型比较稳定.验证精度时使用Apollo17和16登陆区域的采样点,对于高钛地区,两个反演模型具有相对较高的精度,对于低钛地区,这两个模型精度和适应性不高.     

嫦娥一号IIM数据定标的改进方法

嫦娥一号月球探测卫星的IIM数据在应用之前,必须进行反射率定标．本文在反射率定标之前,对原始2c级IIM数据进行了坏线和坏点修复,以及条纹去除．由于条纹去除后的IIM影像不存在平场效应,有效地抑制了坏线、坏点和平场效应对反射率转换的影响,获得较已有IIM数据定标更好的结果．通过对比月球典型地区的IIM光谱与地基望远镜光谱,计算得到两者之间的增益和漂移因子．将上述增益和漂移因子应用到月球的其他区域,包括Apollo16和14登陆点,Mare Serenitatis和Copernicus撞击坑等区域,均得到理想的校正结果．表明上述增蒲和漂移因子可有效她校正月表的光谱     

嫦娥一号IIM数据绝对定标与初步应用

我国首颗探月卫星嫦娥一号携带的干涉成像光谱仪IIM能够以较高的空间分辨率和光谱分辨率获取月表元素和矿物信息, 是实现我国首次探月四大任务的必备仪器. 现有数据尚未转换为反射率且传感器响应不均一, 尚无法直接使用. 本文主要目的是对该数据进行绝对定标和辐射畸变校正, 为数据的正确使用提供方便. 研究结果表明, 在空间域传感器左侧响应偏低; 在波谱域长波段辐射畸变比较明显. 针对探月数据特点和定量分析的需求, 提出了基于光谱特征的反射率归一化校正方法, 对多个地区的验证表明该方法具有实用性和通用性. 经过校正后的反射率与地基望远镜光谱匹配良好, 可以开展月球研究. 最后, 利用校正后的数据对两个直径〉35 km的撞击坑开展了初步的应用, 发现在千米尺度上月壳存在成分差异. IIM数据能够在全球、区域和局部尺度上获取月球表面的化学组成, 有助于深化对月球形成和演化的认识.     

嫦娥二号高分辨率月球影像图集的设计与制作

影像图集的制作,在完整保留影像信息的基础上,叠加了与图集主体相关的介绍性信息,使图集较影像更加直观。详细介绍了论述《嫦娥二号高分辨率月球影像图集》在编排、开本设计、分幅、比例尺、注记等方面的原理和方法;探讨高分辨率月球影像制图工艺和流程;着重介绍了图集的影像数据处理和图面整饰方面的内容。     

基于嫦娥三号软着陆目标区域选取的研究

针对嫦娥三号探月卫星运行过程,主要探究嫦娥三号软着陆过程中着陆目标区域的选取。根据不同地域所拍摄照片像素点数值大小不同的特性,通过构造、计算平坦系数并建立合适的空间直角坐标系,从而找出相对平坦区域,根据路径最小原则,选取嫦娥三号的最佳着陆地点,并给出相应的轨迹方程。     

基于嫦娥一号卫星激光测高观测的月球地形模型CLTM-s01

利用中国第一颗探月卫星嫦娥一号第一次正飞阶段获取的约300多万个有效激光测高数据点, 得到了改进的360阶次球谐函数展开月球全球地形模型CLTM-s01(Chang’E-1 Lunar Topography Model s01). 该模型以月球质心为参考球心, 以月球平均半径1738 km正球面为参考基准, 径向高程测量精度约为31 m, 沿赤道区域空间分辨率约为0.25°(7~8 km). 该模型首次利用激光测高数据得到月球极区高精度高分辨率月球地形图, 在空间覆盖、模型精度和空间分辨率上较早期模型均有较大改进. 利用该模型得到的月球平均半径为(1737013±2) m, 月球的赤道半径为(1737646±4) m, 月球的极半径为(1735843±4) m, 月球的形状扁率为1/963.7526, 月球的形状中心和质量中心在月固坐标系下的偏差为(-1.777, -0.730, 0.237) km. CLTM-s01所得到的月球形状基本参数与历史值相当, 但由于有更强的两极观测数据约束, 由该模型计算出的这些参数可信度更高.     

嫦娥1号卫星微波探月技术机理和应用研究

微波探测仪是嫦娥1号卫星有效载荷之一,主要用于测量不同深度的月壤微波辐射亮温,进而反演月壤厚度的信息并对月球的3He资源量和分布进行评估。这是国际上第一次利用被动微波遥感探测器在月球轨道直接测量月表亮温信息。因此,对月壤辐射传输模型的研究是及其必要的。文章分析了月球微波探测的机理和存在的问题,并给出了初步解决途径。     

嫦娥五号着陆区热环境及其对探测器外部温度的影响

本文首次报道嫦娥五号探测器5个热电偶温度传感器超过47.2 h的连续测温数据,并对这批温度数据进行分析.结果表明,着陆之初5个传感器记录的温度较为均匀,变化范围245.68–272.52 K,随后温度升高差异加大,测温结束时温度变化范围为284.86–369.76 K,月球表面热环境对月球探测器阴面和阳面的温度均有显著影响,对于阴面的影响甚至胜过对阳面的影响.这项成果既有月球热环境变化机理理论研究意义也有探测器热管理工程应用价值.     

“嫦娥一号”探月 中国与月球的亲密接触

公元2007年10月，有着50多年历史的中国航天事业翻开新的一页，长征三号甲运载火箭载着中国首颗人造月球卫星“嫦娥一号”探测器，划破云霄，飞入太空，奔向月球……[第一段]     

月球虹湾地区地质特征解译及岩浆活动历史研究

虹湾地区是我国嫦娥三号登月探测器的重要备选着陆区域之一,其平坦的地形、复杂的演化历史和丰富的地质特征显示出良好的工程保障性和较大的科学价值．该地区发育了丰富的地质特征,包括月海皱脊、月溪、撞击坑和月坑链,预示着该区域经历了复杂的地质演化历史．但受探测数据分辨率等方面的限制,前人对该地区岩浆活动的性质研究存在较大的差异,在矿物学、地球化学特征以及典型地貌解译方面也存在诸多不足．本文综合利用月球勘测轨道飞行器（LunarReconnaissanceOrbiter,LRO）激光高度计（LunarOrbiterLaserAltimeter,LOLA）及相机（LROC）数据、克菜门~T（Clementine）紫外一可见光（uvvis）~光谱数据和月球矿物制图仪（MoonMineralogyMapper（M。））高光谱数据,对虹湾地区的地形特征、物质成分及典型地貌特征进行了较为系统的解译和分析．研究结果认为该区域经历了4次岩浆活动,不同期次岩浆活动充填的玄武岩成分差别较大,越往后期钛含量越高．虹湾内部以成熟的富辉石岩石为主,但是越往后期橄榄石含量逐渐增高,而周边高地区域以富长石岩石为主,在虹湾北部坑壁区域,出露了一些富橄榄石岩石,这些橄榄石可能来源于大型撞击作用挖掘的月幔物质．虹湾地区地势比较平坦,地质现象丰富,利于开展着陆就位探测．