来看嫦娥和玉兔漫步月球的行踪!中科院国家天文台重构月球背面着

时间:2019-10-29 09:28:48

北京时间9月25日凌晨,国际科学杂志《自然通讯》在线发布了中国月球探测领域的一项重要成就。由中国科学院国家天文台研究员李春来带领的科研团队利用嫦娥四号数据准确定位嫦娥四号(ce-4)的着陆位置,再现嫦娥四号的登月过程。

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。

在2019年之前,人类在60年的月球探索中已经成功地在月球表面实现了20次软着陆,所有这些软着陆都位于面向地球的月球前沿。探测器下降轨迹和着陆点位置可以通过地面设备测量。

月球表面着陆点分布图

2019年1月3日,嫦娥四号探测器在月球背面的冯·卡门撞击坑(von Karman impact crater)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,地面设备无法跟踪并实现月球背面软着陆探测器的直接或间接无线电测量,中继卫星传回地面的遥测参数(包括探测器高度、加速度、姿态等信息)非常有限,这极大地影响了探测器下降轨迹的准确重建和着陆点的准确定位。然而,基于图像的定位技术是准确定位月球背面着陆点的有效方法。

李春来团队与中国空间技术研究所合作进行这项研究。利用中国自主研发的嫦娥二号(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,实现探测器的精确定位。

Ce-4动态下降轨迹图

嫦娥四号着陆相机拍摄的图像将在着陆后通过喜鹊桥中继卫星送回地球。利用这些图像重建嫦娥四号的着陆轨迹,绘制出探测器在三维空间的下降轨迹,定位精度可达1m左右。根据计算出的厘米分辨率地形数据,作者指出嫦娥四号降落在一个退化撞击坑的缓坡上,从直径25米的撞击坑边缘向北只有8.35米,着陆点周围有五个撞击坑。然后,结合导航相机拍摄的图像,准确计算出嫦娥4号的着陆点为东经177.5991,南纬45.4446,海拔5935米,并在月球图像和地形数据上准确识别,空间分辨率分别为7米、5米、1米、10厘米和5厘米。

ce-4着陆点在图像上的位置示意图

上述研究成果不仅为嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车进行科学探索提供了背景信息和位置参考,也是月球背面控制点研究和高精度月球测绘的基础,同时也将为中国未来的深空探测任务(如小行星附着和火星软着陆)提供技术支持。

中国科学院国家天文台研究员刘建军是第一作者,国家天文台研究员李春来是论文的通讯作者。

作者:通讯员黄瀞怡,通讯员许齐敏,编辑:许齐敏,责任编辑:顾军



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