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中国首次火星探测任务火星车有效载荷定标试验

张宝明 朱岩 王连国 杨建峰 周斌 徐卫明 孙树全 蔡治国 徐欣锋 杜庆国

张宝明, 朱岩, 王连国, 杨建峰, 周斌, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 徐欣锋, 杜庆国. 中国首次火星探测任务火星车有效载荷定标试验[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
引用本文: 张宝明, 朱岩, 王连国, 杨建峰, 周斌, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 徐欣锋, 杜庆国. 中国首次火星探测任务火星车有效载荷定标试验[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
ZHANG Baoming, ZHU Yan, WANG Lianguo, YANG Jianfeng, ZHOU Bin, XU Weiming, SUN Shuquan, CAI Zhiguo, XU Xinfeng, DU Qingguo. Calibration of Mars Rover’s Payloads for China’s First Mars Exploration Mission[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
Citation: ZHANG Baoming, ZHU Yan, WANG Lianguo, YANG Jianfeng, ZHOU Bin, XU Weiming, SUN Shuquan, CAI Zhiguo, XU Xinfeng, DU Qingguo. Calibration of Mars Rover’s Payloads for China’s First Mars Exploration Mission[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043

中国首次火星探测任务火星车有效载荷定标试验

doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
详细信息
    作者简介:

    张宝明(1975– ),男,高级工程师,主要研究方向:空间科学探测有效载荷技术。通讯地址:北京市中关村南二条1号(100190)电话:(010)62586431 E-mail:baoming@nssc.ac.cn

  • ● China’s Mars rover’s payloads include multispectral camera,Mars rover penetrating radar,Mars surface composition detector,Mars rover magnetometer and Mars climate station. ● The purpose,contents and results of the payloads calibration are introduced. ● The calibration results show that the performance of each instrument is stable and consistent.
  • 中图分类号: V416.6

Calibration of Mars Rover’s Payloads for China’s First Mars Exploration Mission

  • 摘要: 我国首次火星探测任务火星车配置了多光谱相机、火星车次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪等科学探测有效载荷。为保证在轨获得科学数据的有效性,有效载荷完成了地面定标试验,确定仪器的性能指标,获取在轨科学数据定量化应用必需的定标系数。介绍了有效载荷的定标试验项目、方法和结果。试验结果表明,各仪器性能指标具有良好的一致性、稳定性,为实现科学探测目标奠定了坚实基础。
    Highlights
    ● China’s Mars rover’s payloads include multispectral camera,Mars rover penetrating radar,Mars surface composition detector,Mars rover magnetometer and Mars climate station. ● The purpose,contents and results of the payloads calibration are introduced. ● The calibration results show that the performance of each instrument is stable and consistent.
  • 图  1  多光谱相机测量值与光谱辐射计测量的对比

    Fig.  1  MSCam data and spectrometer data

    图  2  三通道彩色校正后的效果

    Fig.  2  Color picture after calibration

    图  3  驱动频率和长定标结果

    Fig.  3  The relationship of wavelength and driving frequency

    图  4  LIBS标定系数校正后的光谱

    Fig.  4  LIBS spectrum after calibration

    图  5  温度传感器分度数据

    Fig.  5  Temperature sensor indexing data

    图  6  输出功率与风速关系曲线

    Fig.  6  The relationship of powerand wind speed

    表  1  有效载荷科学探测任务和功能

    Table  1  Scientific tasks and main function of payload

    载荷名称科学探测任务功能要求
    多光谱相机1)获取着陆区及巡视区多光谱图像;
    2)获取火星表面物质类型分布。
    1)能够获取巡视区高分辨率图像;
    2)能获取火星表面可见光、近红外波段的多光谱图像;
    3)具有自动和遥控调节曝光能力;
    4)具有自动和遥控调焦功能;
    5)具有在轨定标功能。
    火星车次表层探测雷达1)探测巡视区表面土壤厚度、冰层结构获取火星地表和次表层超宽带全极化回波数据;
    2)探测巡视区次表层结构,获取次表层地质结构数据。
    1)探测火星表面土壤厚度及其分层结构;
    2)探测火星次表层内水冰/干冰,分析冰层厚度及其分层结构。
    火星表面成分探测仪1)火星表面物质的化学元素组成分析;
    2)火星表面矿物分析和岩石识别。
    1)对目标进行激光诱导击穿光谱探测(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS),获取目标等离子体的紫外至近红外谱段的高分辨率光谱特征信息;
    2)对探测目标具有显微成像功能,图像能辨识激光点的位置;
    3)具有二维指向功能,可以精确指向标样位置、火星车前方较大范围内的探测目标;
    4)具有激光测距功能;
    5)在短波红外谱段内,获取指定目标点的反射光谱数据;
    6)携带标样,具有在轨定标功能。
    火星表面磁场探测仪1)探测研究着陆区火星磁场,确定火星磁场指数;
    2)与环绕探测配合,探测研究火星空间磁场,反演火星电离层发电机电流,研究火星电离层电导率等特性;
    3)尝试利用天然磁场跃变,探测火星内部局部构造。
    对火星磁场进行矢量测量。
    火星气象测量仪1)对火星表面环境温度和大气压力进行测量;
    2)对火星表面风场参数进行就位测量;
    3)对火星表面声音进行监测。
    1)对火星表面环境温度和压力进行测量;
    2)测量火星表面风速、风向;
    3)拾取并记录火星表面声音。
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    表  2  各通道光谱实测值

    Table  2  Spectral wavelength and half-width of each channel mm

    通道编号标称值 实测值
    中心波长半高全宽中心波长半高全宽
    TD152520524.524.5
    TD248020480.720.1
    TD365012649.113.8
    TD470015697.314.8
    TD580025798.222.5
    TD690030897.125.5
    TD795050948.240.2
    TD81 00050997.945.0
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    表  3  LIBS 3个通道的光谱波长转换系数

    Table  3  Coefficient of LIBS Spectral wavelength

    通道序号像元到波长的转换关系λ = ax2+bx + c
    abc
    ① 240 ~ 340 nm–8.626 3 × 10–70.068 2223.498 0
    ② 340 ~ 540 nm–1.015 0 × 10–60.137 977.711 9
    ③ 540 ~ 850 m–1.992 6 × 10–100.221 3–255.002 9
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    表  4  各轴向的温度稳定性

    Table  4  The temperature stability of each axis

    轴向探头
    1-X
    探头
    1-Y
    探头
    1-Z
    探头
    2-X
    探头
    2-Y
    探头
    2-Z
    温度稳定性/
    (nT·°C–1
    0.0040.0040.0050.0040.0040.005
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-16
  • 修回日期:  2020-08-18
  • 网络出版日期:  2021-01-18

中国首次火星探测任务火星车有效载荷定标试验

doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
    作者简介:

    张宝明(1975– ),男,高级工程师,主要研究方向:空间科学探测有效载荷技术。通讯地址:北京市中关村南二条1号(100190)电话:(010)62586431 E-mail:baoming@nssc.ac.cn

  • ● China’s Mars rover’s payloads include multispectral camera,Mars rover penetrating radar,Mars surface composition detector,Mars rover magnetometer and Mars climate station. ● The purpose,contents and results of the payloads calibration are introduced. ● The calibration results show that the performance of each instrument is stable and consistent.
  • 中图分类号: V416.6

摘要: 我国首次火星探测任务火星车配置了多光谱相机、火星车次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪等科学探测有效载荷。为保证在轨获得科学数据的有效性,有效载荷完成了地面定标试验,确定仪器的性能指标,获取在轨科学数据定量化应用必需的定标系数。介绍了有效载荷的定标试验项目、方法和结果。试验结果表明,各仪器性能指标具有良好的一致性、稳定性,为实现科学探测目标奠定了坚实基础。

注释:
1)  ● China’s Mars rover’s payloads include multispectral camera,Mars rover penetrating radar,Mars surface composition detector,Mars rover magnetometer and Mars climate station. ● The purpose,contents and results of the payloads calibration are introduced. ● The calibration results show that the performance of each instrument is stable and consistent.

English Abstract

张宝明, 朱岩, 王连国, 杨建峰, 周斌, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 徐欣锋, 杜庆国. 中国首次火星探测任务火星车有效载荷定标试验[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
引用本文: 张宝明, 朱岩, 王连国, 杨建峰, 周斌, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 徐欣锋, 杜庆国. 中国首次火星探测任务火星车有效载荷定标试验[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
ZHANG Baoming, ZHU Yan, WANG Lianguo, YANG Jianfeng, ZHOU Bin, XU Weiming, SUN Shuquan, CAI Zhiguo, XU Xinfeng, DU Qingguo. Calibration of Mars Rover’s Payloads for China’s First Mars Exploration Mission[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
Citation: ZHANG Baoming, ZHU Yan, WANG Lianguo, YANG Jianfeng, ZHOU Bin, XU Weiming, SUN Shuquan, CAI Zhiguo, XU Xinfeng, DU Qingguo. Calibration of Mars Rover’s Payloads for China’s First Mars Exploration Mission[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
参考文献 (14)

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