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2018年  第5卷  第1期

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2018年第5卷第1期目录
专题:月背探测预选着陆区科学目标分析 (主持人:孟治国 教授,吉林大学)
月面冯·卡门撞击坑的着陆选址和科学探测目标浅析
孟治国, 李翠, 平劲松, 黄倩, 蔡占川, AlexanderGusev
2018, 5(1): 3-11. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.001
摘要(1899) HTML (34) PDF 6740KB(1641)
摘要:
冯·卡门(Von Kármán)撞击坑位于月球背面南极—艾肯(South Pole-Aitken,SPA)盆地中部,是中国“嫦娥4号”计划的优先级较高的探测目标。对该撞击坑的着陆和探测,有助于揭示月球形成和演化的一些关键问题,在月球科学研究中具有重大的意义。论文概要总结了冯·卡门撞击坑的研究意义和科学价值;结合LRO卫星LOLA数据、Clementine UV-VIS数据、GRAIL数据、“嫦娥2号”卫星CELMS等数据,简要分析了冯·卡门撞击坑的地形、成分、深部结构和亮�%rater are analyzed with LRO satellite LOLA data,Clementine UV-VIS data,GRAIL data,and Chang'E-2 CELMS data and their scientific meanings are also presented. Finally,combined with our results and the previous prospects about theVon Kármán crater,three candidate landing sites and the possible scientific discoveries are proposed.
基于LOLA数据的冯·卡门撞击坑太阳辐射研究
张吉栋, 孟治国, 朱蕴哲, 曾昭发, 平劲松
2018, 5(1): 12-19. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.002
摘要(1737) HTML (55) PDF 1512KB(1002)
摘要:

冯·卡门(Von Kármán)撞击坑是“嫦娥4号”的候选着陆区之一。基于LOLA高程数据,对当前的月球光照模型做出改进,建立了月表太阳辐射模型,对冯·卡门地区2018年太阳辐射进行了数值模拟分析。结果表明:地形对太阳辐射的影响很大,撞击坑的南部坑壁、中央峰北部以及内部小撞击坑南部坑壁接收的太阳辐射能较多,坑底平原大部分地区接收的太阳辐射能在(0.9~1) × 1010 J/m2之间;不考虑月面坡度时,太阳辐射能量主要受纬度的影响,计算区域的变化范围为(0.87~1.01) × 1010 J/m2。结合月表坡度和光照条件提出了两个候选着陆区(S1区和S2区):S1区位于坑底南部平原,地势更平缓,日出更早,光照时间更长;S2区位于中央峰西北侧,接收的太阳辐射能量更多。两区全年平均接收的太阳辐射能分别为9.31 × 109 J/m2和9.65 × 109 J/m2,7月份光照时间最长,更适宜着陆。

基于“嫦娥2号”CELMS数据的冯·卡门撞击坑微波辐射特性
胡硕, 孟治国, 朱蕴哲, 连懿, 李翠, GUSEVAlexander
2018, 5(1): 20-26. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.003
摘要(1741) HTML (77) PDF 1343KB(902)
摘要:
冯·卡门(Von Kármán)撞击坑位于月球背面的SPA盆地西北部,切穿了浅层月壳,具有异常的矿物成分分布。基于微波辐射计数据的月壤微波辐射特性分析,对月球热演化和岩浆演化研究具有重要的参考价值。本研究基于“嫦娥2号”卫星微波辐射计数据,采用时角分析、双线性插值方法,生成了研究区域的亮温(TB)图和亮温差(dTB)图像;结合Arcgis软件,叠加地质图,并结合成分、地形图,研究了Von Kármán撞击坑微波辐射特性。研究结果表明:研究区北部出现高TB异常,初步判定为下垫面温度较高;研究区南部出现与钛铁矿(FeO+TiO2)含量分布相对应的亮温表现;结合研究区的微波辐射特性,重新进行了冯·卡门撞击坑地质解译;根据冯·卡门撞击坑的亮温表现,建议北部为着陆区重点选择区,其次为南部和西部。
基于场理论的“嫦娥4号”着陆区亮温时空分布特征研究
连懿, 何龙, 孟治国, 平劲松, 胡硕, 曾晓明
2018, 5(1): 27-33. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.004
摘要(1790) HTML (112) PDF 2294KB(911)
摘要:

“嫦娥4号”(Chang’e-4)将首次实现在月球背面软着陆,而着陆区初步定为月球背面南极–艾肯(South Pole-Aitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑。利用“嫦娥”微波辐射计穿透性强的特点,针对微波辐射亮温缺乏场分析的问题,从场观点出发利用SVD方法分析冯·卡门撞击坑的亮温时空分布特征。结果表明冯·卡门撞击坑的3 GHz昼夜亮温场和37 GHz昼夜亮温场之间存在显著的耦合模态,同时在撞击坑内的亮温变化趋势相对一致;FeO+TiO2(FTA)含量高的区域其相关性较高,也是亮温变化的关键区域,但是其等值线密度和FTA含量没有明显相关关系,主要和月表粗糙度相关。最后通过分析冯·卡门撞击坑的亮温时空分布特征综合地形特征、地层单元和物质化学成分等因素,为Chang’e-4着陆区的选择提供了参考。

藏匿在冯·卡门坑南部下方的月球质量瘤
平劲松, 黄倩, 鄢建国, 孟治国, 王明远
2018, 5(1): 34-40. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.005
摘要(1934) HTML (41) PDF 1085KB(914)
摘要:

月球着陆探测的候选着陆区域的质量异常分布,预示着对应区域发生过复杂的动力学演化过程,存在着异常丰富的物质组成。对月球的质量异常分布或重力场异常的探测是基于绕月卫星重力探测方法获取的,结合“嫦娥1号”月球探测获得的月球重力场异常模型与地形探测模型的数据,分析揭示存在于月球背面的质量瘤区域,研究结果表明:使用多次任务的数据首次证认了一个位于中尺度撞击区域,冯·卡门(Von Kármán)撞击坑的南半部和边缘的正下部的质量瘤,暂定编号CEFC04,冯·卡门撞击坑是该区域形成后,又一次大型撞击产生的。这类显著的被藏匿的中尺度月球质量瘤的发现,对探测研究月球的演化有重要意义。

“嫦娥4号”月球背面着陆区月壳及深部结构特征
黄倩, 王太茂, 赵健楠, 孟治国
2018, 5(1): 41-49. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.006
摘要(2287) HTML (65) PDF 3329KB(1547)
摘要:

深部月壳和月幔物质结构是月球科学探测的关键问题之一。“嫦娥4号”初步将月球背面南极–艾肯(South Pole-Aitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑作为着陆点,具有重要的科学研究价值。结合月球重力、地形、布格重力、月壳厚度等地球物理数据,综合对冯·卡门撞击坑的月壳及其深部结构特征进行了分析。结果显示:冯·卡门撞击坑重复撞击到南部的冯·卡门M撞击坑上,后者的中央峰具有明显的布格正重力异常和线性的布格重力梯度特征,显示出高密度的幔部物质向上涌起;冯·卡门撞击坑极有可能穿透了该区域的整个月壳,并挖掘出了深部月幔的物质;该区域南部月壳厚度较薄小于5 km,北部平均月壳厚度在15~20 km,月壳平均密度为2 630 kg·m-3,比背面高地月壳密度高,且平均孔隙度为9%,低于月球的平均孔隙度12%。

基于影像数据的冯·卡门撞击坑形貌分析
郑晨, 姚鸿泰
2018, 5(1): 50-56. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.007
摘要(1792) HTML (83) PDF 2753KB(856)
摘要:

月球背面南极–艾肯(South Pole-Aitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑是“嫦娥4号”初步选定的着陆区,该区域的地形地貌分析是任务设计的一个重要环节。根据LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter)高程数据和LROC(Lunar Reconnaissance Orbiter Camera)影像数据,建立了马尔科夫随机场模型,从聚类的角度对该区域的地形地貌进行了表示和分析。具体而言,利用模型中的似然函数对呈近似正态分布的观测数据进行了建模,模型的标记随机场则刻画了不同地物形貌间的空间关系,并通过概率推断求解出最终的聚类结果。实验结果表明,从聚类角度进行数据表示,可以更好地展示出冯·卡门撞击坑内低对比度区域的地形地貌;而通过设置不同的聚类数目,还有助于分析冯·卡门撞击坑内整体的地形分布与局部的典型地貌。

基于LOLA数据的冯·卡门地区地形特征分析
王慧慧, 孟治国, 李翠, 朱蕴哲, 蔡占川, 李向月
2018, 5(1): 57-65. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.008
摘要(1951) HTML (63) PDF 1902KB(1014)
摘要:

冯·卡门(Von Kármán)撞击坑位于南极–艾肯(South-Pole Aitken,SPA)盆地西北部,为“嫦娥4号”的预选着陆区。本文基于LRO卫星LOLA数据,分别采用最大平均值法、均方根高程法和盒维数法,得到并分析了冯·卡门地区的坡度、粗糙度和分形维数等地形参数信息。结果表明:冯·卡门撞击坑的海拔低,其中坑底最南部海拔最低,其余地区海拔相对较高;冯·卡门撞击坑内存在很多小的撞击结构;冯·卡门撞击坑平均坡度为1.3°,小于2°的地区约占盆地底部面积的85%;粗糙度值小于20 m的区域占95.1%;整体上有较大的分形维数。上述结果说明冯·卡门撞击坑整体上地形起伏小,结构稳定。统计结果表明:冯·卡门撞击坑南部、东南部及西北部地区都有较小的坡度、粗糙度值和较大的分形维数值,可满足探测器的着陆要求。与“嫦娥3号”着陆区地形的对比表明,冯·卡门撞击坑内部的地形条件要优于“嫦娥3号”着陆区。

冯·卡门撞击坑物质成分研究
张迅与, 徐天奕, 李翠
2018, 5(1): 66-70. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.009
摘要(2026) HTML (51) PDF 6953KB(1080)
摘要:

“嫦娥4号”预计在月球背面的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑着陆,为近距离研究月球最大和最古老的南极–艾肯(South Pole-Aitken)盆地的形成和演化提供了机会。综合利用多种光谱数据,本研究分析了冯·卡门撞击坑及其周边地区TiO2和FeO的含量变化,以及铁镁质矿物的分布情况,并推断了其主要的岩石类型。研究结果表明:冯·卡门撞击坑内部贫TiO2(约1.5~2.5 wt%)富FeO(约12~16 wt%),主要岩石类型为低钛玄武岩。撞击坑以外的地层则以苏长岩质物质(低钙辉石)为主,并含有约1 wt%的TiO2和10 wt%的FeO。此外,冯·卡门撞击坑外的南部局部区域还出露有富斜长石的地层。希望本研究可为“嫦娥4号”未来的探测任务提供更多的技术支持。

基于多因子综合评估的月球探测软着陆区域及最佳巡航路线分析
牟乃夏, 李洁, 孟治国, 张灵先, 刘文宝
2018, 5(1): 71-77. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.010
摘要(1664) HTML (18) PDF 2476KB(867)
摘要:

选择合适的软着陆区域及规划合理的巡航路线是月球探测的基础工作。以位于月球背面南极–艾肯(South Pole-Aitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑作为研究区域,综合使用多因子分析评估了月球探测的着陆区域和巡航路线。评价体系主要包括能表征着陆安全性的撞击坑的密度、撞击坑的影响区域、整个区域的平整情况、部分区域的平整情况等因子和体现科学探索意义的区域垂直结构、岩石属性和(FeO + TiO2)含量等因子,其中科学探索的评估分析是在安全可行性的基础上进行的。结果表明:在多因子叠加分析的基础上可选择出A、B及C 3个着陆区,并通过科学研究因子分析出路线2及路线3为合适的巡航路线。本研究为月球探测器着陆和巡航路线的规划提供了科学依据,为后续的月球探测工作提供了技术支持。

论文
加拿大移动服务系统地面遥操作模式综述
郭祥艳, 刘传凯, 王晓雪
2018, 5(1): 78-84. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.011
摘要(115) HTML (25)
摘要:

针对未来我国空间站机械臂地面遥操作任务需求,分析目前国际空间站上加拿大移动服务系统(Mobile Satellite Services, MSS)地面遥操作的系统设计和安全性问题。介绍了MSS的系统构成,分析了MSS地面遥操作需求,对比分析了在轨操作和地面遥操作模式的不同,以及地面遥操作的约束条件;介绍了MSS地面遥操作过程中的任务规划、任务执行和在轨调试;总结了对我国空间站机械臂遥操作的启示,为从事空间站机械臂地面遥操作的科研人员提供一定的借鉴和参考。

基于SiP技术的单片集成数字式太阳敏感器
吴迪, 陈纾, 陈龙江, 叶志龙, 郑循江
2018, 5(1): 85-89. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.012
摘要(1567) HTML (80) PDF 1909KB(997)
摘要:

设计了一种新型的数字式太阳敏感器。采用SiP(Stystem in Package)设计,将滤光片直接安装于探测器上。此设计减小了数字式太阳敏感器的体积与质量,可提高其可靠性。所设计的数字式太阳敏感器可用于深空探测卫星系统的太阳捕获和太阳定向,同时,也可作为星上其他光电敏感器的监护仪器,防止其他光学敏感器被强光损坏。最后,完成了原理样机的研制与标定,并在外场进行了太阳光斑的拍图测试。实验表明所提出方法可行,可满足火星探测、深空探测的使用需求。

一种基于恒星分布的星敏感器导航星库制作方法
叶志龙, 孙朔冬, 陈纾, 吴迪, 武斌
2018, 5(1): 90-96. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.01.013
摘要(1617) HTML (63) PDF 1922KB(919)
摘要:

为了进一步提升星敏感器的定姿精度,分析了恒星的空间几何分布对姿态精度的影响,提出了一种基于恒星分布的星敏感器导航星库制作方法。在分析对比了现有星库的基础上,选择了精度较高的依巴谷星库作为基础星库,并剔除了暗星和双星以精简星库。遍历全天球对每个视场的星库中的空间几何分布进行分析对比,删除定姿较差的3颗星。对星库进行遍历补偿,保证了星库中恒星分布的均匀性。实验结果表明,全天球轨道测试中,本文方法制作星库的全天识别率为100%,且星颗分布数10颗以上天区占到97.64%,具有良好的覆盖性,同时有效提升了姿态精度。