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中国科学家重构嫦娥四号月陆轨迹 将助力火星等探测

2019-10-28 12:59:06来源:作者:匿名

研究员刘建军使用3d打印的月球模型来演示嫦娥四号着陆的月球背面的位置。孙子法

中新网9月25日电(记者孙子法)中国科学院国家天文台25日表示,由该站研究员李春来带领的研究小组利用嫦娥4号数据准确定位嫦娥4号在月球背面的着陆位置,重现嫦娥4号的登月过程。北京时间24日晚些时候,国际权威学术期刊《自然通讯》在网上发表了中国科学家关于月球探测领域这一重要研究成果的最新研究论文。

月球表面着陆点的分布。国家天文台/地图供应

李春来表示,研究小组基于嫦娥四号数据重构月球返回地球轨道的研究成果,不仅为嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车的科学探索提供了背景信息和位置参考,也为研究月球背面控制点和高精度月球测绘提供了基础,还将为中国未来的小行星附着和火星软着陆等深空探测任务提供技术支持。

嫦娥四号动力下降轨迹图。国家天文台/地图供应

他说,月球表面软着陆的动态下降是一个时间短、速度变化快的过程,很难依靠地面的实时控制。通常,只有探头本身携带的传感器才能用于自主测量和控制。为了掌握探测器自主控制的效果,为任务规划和科学探测建立位置参考,重构探测器动力下降段轨迹,准确确定着陆点位置具有重要的工程和科学意义,一直是行星探测的重点之一。

据报道,2019年之前,人类在探月过程中已经成功地在月球表面进行了20次软着陆,所有这些软着陆都位于面向地球的月球前端。探测器的下降轨迹和着陆点位置可以通过地面设备测量。2019年1月,中国嫦娥四号探测器在冯卡门撞击坑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,地面设备无法跟踪和实现对月球背面软着陆探测器的直接或间接无线电测量。然而,由中继星传输回地面的遥测参数(如探测器高度、加速度和姿态)非常有限,这极大地影响了探测器下降轨迹的精确重建和着陆点的精确定位。

李春来团队认为,基于图像的定位技术是准确定位月球背面着陆点的有效手段。通过与中国空间技术研究院的合作研究,研究团队利用嫦娥二号的高分辨率地形数据,结合嫦娥四号下降过程和月球表面探测过程中获得的多源图像数据,精细重构嫦娥四号在月球背面自主导航着陆过程,如粗避障和精避障,成功实现嫦娥四号探测器在月球背面的精确定位。

嫦娥四号着陆点在图像上的位置示意图。国家天文台/地图供应

新发表的研究论文的第一作者、中国科学院国家天文台研究员刘建军表示,嫦娥4号着陆相机拍摄的图像将在着陆后通过魁桥中继卫星传输到地球,这些图像将用于重建嫦娥4号的着陆轨迹。研究小组将绘制探测器在三维空间的下降轨迹,位置精度约为1米。根据计算出的厘米级分辨率地形数据分析,嫦娥4号降落在月球背面一个退化撞击坑的缓坡上,距离一个直径25米的撞击坑边缘仅8.35米,着陆点周围有5个撞击坑。

在此基础上,研究小组结合嫦娥四号导航相机拍摄的图像,准确计算出嫦娥四号着陆点位于东经177.5991度,南纬45.4446度,海拔5935米,并在月球上准确识别出空间分辨率为7米、5米、1米、10厘米和5厘米的图像和地形数据。(结束)

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