Calibration of Mars Rover’s Payloads for China’s First Mars Exploration Mission
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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。Abstract: China’s Mars rover’s payloads consist of five devices, including multispectral camera, Mars rover penetrating radar, Mars surface composition detector, Mars rover magnetometer and Mars climate station. To ensure the validity of the scientific data obtained onboard, calibration should be carried out on the ground. Through calibration, the instruments’ performance can be determined and the calibration coefficients can be obtained, which are necessary for the quantitative analysis of scientific data. The calibration contents and results are introduced.The test results show that the performance of each instrument is stable and consistent, and lay a solid foundation for achieving scientific goals.
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Key words:
- Mars exploration /
- Mars rover /
- payload /
- calibration
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. -
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 TD1 525 20 524.5 24.5 TD2 480 20 480.7 20.1 TD3 650 12 649.1 13.8 TD4 700 15 697.3 14.8 TD5 800 25 798.2 22.5 TD6 900 30 897.1 25.5 TD7 950 50 948.2 40.2 TD8 1 000 50 997.9 45.0
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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 a b c ① 240 ~ 340 nm –8.626 3 × 10–7 0.068 2 223.498 0 ② 340 ~ 540 nm –1.015 0 × 10–6 0.137 9 77.711 9 ③ 540 ~ 850 m –1.992 6 × 10–10 0.221 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）0.004 0.004 0.005 0.004 0.004 0.005
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[1] 欧阳自远, 邹永廖. 火星科学概论[M]. 上海: 上海科技教育出版社, 2015. [2] 王赤,张贤国,徐欣锋,等. 中国月球及深空空间环境探测[J]. 深空探测学报(中英文),2019,6(2):105-118.WANG C,ZHANG X G,XU X F,et al. The lunar and deep space environment exploration in China[J]. Journal of Deep Space Exploration,2019,6(2):105-118. [3] 耿言,周继时,李莎,等. 我国首次火星探测任务[J]. 深空探测学报(中英文),2018,5(5):399-405.GENG Y,ZHOU J S,LI S,et al. A brief introduction of the first Mars exploration mission in China[J]. Journal of Deep Space Exploration,2018,5(5):399-405. [4] 李春来,刘建军,耿言,等. 中国首次火星探测任务科学目标与有效载荷配置[J]. 深空探测学报(中英文),2018,5(5):406-413.LI C L,LIU J J,GENG Y,et al. Scientific objectives and payload configuration of China’s first Mars exploration mission[J]. Journal of Deep Space Exploration,2018,5(5):406-413. [5] 朱岩,白云飞,王连国,等. 中国首次火星探测工程有效载荷总体设计[J]. 深空探测学报(中英文),2017,4(6):510-514.ZHU Y,BAI Y F,WANG L G,et al. Integral technical scheme of payloads system for China Mars-1 exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration,2017,4(6):510-514. [6] 王连国, 沈卫华, 上官芝, 等.着陆巡视器有效载荷分系统出厂研制总结报告: MARSYZT-1-ZX JB149[R].北京: 中国科学院国家空间科学中心, 2020.WANG L G, SHEN W H, SHANGGUAN Z, et al. The summary report of Mars rover’s payloads: MARSYZT-1-ZX JB149[R]. Beijing: National Space Science Center, Chinese Academy of Science, 2020. [7] 薛彬, 陶金有, 乔卫东, 等.着陆巡视器有效载荷分系统多光谱相机正样产品定标与地面验证总结报告: SKZ19-MARS-02[R].西安: 中国科学院西安光学精密机械研究所, 2019.XUE B, TAO J Y, QIAO W D, et al. The summary report of multispectral camera’s ground calibration and verification test: SKZ19-MARS-02[R]. Xi’an: Xi’an Institute of Optic and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, 2019. [8] 关昭,乔卫东,杨建峰,等. 火星多光谱相机的地面几何标定研究[J]. 深空探测学报(中英文),2018,5(5):465-471.GUAN Z,QIAO W D,YANG J F,et al. Ground geometric calibration of Mars multispectral camera[J]. Journal of Deep Space Exploration,2018,5(5):465-471. [9] 舒嵘,徐卫明,付中梁,等. 深空探测中的激光诱导击穿光谱探测仪[J]. 深空探测学报(中英文),2018,5(5):450-457.SHU R,XU W M,FU Z L,et al. Laser induced breakdown spectroscopy detector in deep space exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration,2018,5(5):450-457. [10] 刘向锋, 张长兴, 徐卫明, 等. 着陆巡视器有效载荷分系统火星表面成分探测仪正样定标与地面验证试验总结报告: M 0ARSY30-1-ZXJB187[R].上海: 中国科学院上海技术物理研究所, 2019.LIU X F, ZHANG C X, XU W M, et al. The summary report of Mars surface composition detector’s ground calibration and verification test: M 0ARSY30-1-ZXJB187[R]. Shanghai: Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, 2019. [11] 柳青, 沈绍祥, 周斌, 等. 着陆巡视器火星车次表层探测雷达正样件定标试验总结报告: KDZ-MARSY20-1-ZXSB19[R].北京: 中国科学院电子学研究所, 2019.LIU Q, SHEN S X, ZHOU B, et al. The summary report of Mars rover penetrating radar’s ground calibration and verification test: KDZ-MARSY20-1-ZXSB19[R].Beijing: Institute of Electrics, Chinese Academy of Sciences, 2019. [12] 赵琳, 孙树全, 张莹, 等. 火星表面磁场探测仪定标总结报告: MARSY40-1-ZXJB47/Z[R]. 北京: 中国科学院地质与地球物理研究所, 2018.ZHAO L, SUN S Q, ZHANG Y, et al. The summary report of Mars Rover Magnetometer’s ground calibration and verification test: MARSY40-1-ZXJB47/Z[R]. Beijing: Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, 2018. [13] 赵琳,杜爱民,乔东海,等. 火星车磁通门磁强计技术[J]. 深空探测学报(中英文),2018,5(5):472-477.ZHAO L,DU A M,QIAO D H,et al. The rover fluxgate magnetometer[J]. Journal of Deep Space Exploration,2018,5(5):472-477. [14] 蔡治国, 张雷博, 冯洪亮, 等. 着陆巡视器有效载荷分系统火星气象测量仪正样产品定标与地面验证总结报告: MARSY50-1-ZXSB17[R]. 北京: 北京遥测技术研究所, 2019.CAI Z G, ZHANG L B, FENG H L, et al. The summary report of Mars climate station’s ground calibration and verification test: MARSY50-1-ZXSB17[R]. Beijing: Beijing Research Institute of Telemetry, 2019. -
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