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国家天文台基于嫦娥四号探测数据重构月球背面着陆轨迹

中国科学院??2019-09-25 16:06??212阅读

  9月25日,国际期刊《自然-通讯》(Nature Communications)在线发布我国月球探测领域的一项新成果。中国科学院国家天文台研究员李春来领导的科研团队利用嫦娥四号数据精确定位了嫦娥四号(CE-4)的着陆位置,并再现了嫦娥四号的落月过程。

  月球表面软着陆的动力下降是一个时间短、速度变化快的过程,难以依靠地面实时控制,通常只能采用探测器自身携带的敏感器自主实现测控。为了掌握探测器自主控制的效果,建立任务规划和科学探测的位置基准,重构探测器动力下降段轨迹和精确确定着陆点位置具有重要的工程和科学意义,一直是行星探测中关注的焦点之一。

  2019年以前,人类在60年来的月球探测历程中成功实施了20次月面软着陆,全部位于朝向地球的月球正面。探测器下降轨迹和着陆点位置可以通过地面设备进行测量。

  2019年1月3日嫦娥四号探测器在月球背面冯·卡门撞击坑内成功实现了人类历史上第一次月球背面软着陆。由于月球的遮挡,地面设备无法进行跟踪实现对月球背面软着陆探测器的直接或间接无线电测量,利用中继星回传地面的遥测参数(包括探测器高度、加速度和姿态等信息)又非常有限,精确重构探测器下降轨迹和着陆点精确定位受到了极大的影响。而基于影像的定位技术,是月球背面进行着陆点精确定位的一种有效手段。

  李春来团队与中国空间技术研究院合作研究,利用中国自主研制的嫦娥二号(CE-2)高分辨率地形数据,结合嫦娥四号下降过程和月面探测期间获得的多源影像数据,精细重构了嫦娥四号在月球背面粗避障和精避障等自主导航降落过程,实现了探测器的精准定位。

  嫦娥四号降落相机拍摄的影像图会在着陆后通过“鹊桥”中继卫星传回地球。利用这些图像对嫦娥四号着陆轨迹进行重构,文章在三维空间中绘制了探测器的下降轨迹,位置精度可以达到1m左右。根据解算的cm分辨率地形数据,作者指出嫦娥四号着陆在一个退化撞击坑的缓坡上,距离北边一个直径25米的撞击坑边缘仅有8.35m,且着陆点周围共有五个撞击坑。随后,作者结合导航相机拍摄的图像,精确计算出嫦娥四号的着陆点为东经177.5991°,南纬45.4446°,高程-5935米,并在空间分辨率7m、5m、1m、10cm和5cm的月球影像和地形数据上进行了精确识别。

  以上研究成果不仅为嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车开展科学探测提供了背景信息和位置基准,是月球背面控制点研究、高精度月球测绘的基础,也将为我国未来深空探测任务(例如,小行星附着、火星软着陆)提供技术支持。

  国家天文台研究员刘建军为论文的第一作者,李春来为通讯作者。

  论文链接

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月面着陆点分布图?

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CE-4动力下降轨迹图?

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CE-4着陆点在影像上的位置示意图?

内容来源于??中国科学院??原文链接
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