【前沿科技】中科院科學家基于嫦娥四號探測數據研究重構月球背面著陸軌跡
  來源:中國科學院
2019-10-15 16:10:05

(本文由黑龍江省科協與黑龍江日報客戶端聯合發布)

9月25日,國際期刊《自然-通訊》(Nature Communications)在線發布我國月球探測領域的一項新成果。中國科學院科學家團隊——國家天文臺研究員李春來領導的科研團隊利用嫦娥四號數據精確定位了嫦娥四號(CE-4)的著陸位置,并再現了嫦娥四號的落月過程。


  月球表面軟著陸的動力下降是一個時間短、速度變化快的過程,難以依靠地面實時控制,通常只能采用探測器自身攜帶的敏感器自主實現測控。為了掌握探測器自主控制的效果,建立任務規劃和科學探測的位置基準,重構探測器動力下降段軌跡和精確確定著陸點位置具有重要的工程和科學意義,一直是行星探測中關注的焦點之一。
  2019年以前,人類在60年來的月球探測歷程中成功實施了20次月面軟著陸,全部位于朝向地球的月球正面。探測器下降軌跡和著陸點位置可以通過地面設備進行測量。
  2019年13日嫦娥四號探測器在月球背面馮·卡門撞擊坑內成功實現了人類歷史上第一次月球背面軟著陸。由于月球的遮擋,地面設備無法進行跟蹤實現對月球背面軟著陸探測器的直接或間接無線電測量,利用中繼星回傳地面的遙測參數(包括探測器高度、加速度和姿態等信息)又非常有限,精確重構探測器下降軌跡和著陸點精確定位受到了極大的影響。而基于影像的定位技術,是月球背面進行著陸點精確定位的一種有效手段。
  李春來團隊與中國空間技術研究院合作研究,利用中國自主研制的嫦娥二號(CE-2)高分辨率地形數據,結合嫦娥四號下降過程和月面探測期間獲得的多源影像數據,精細重構了嫦娥四號在月球背面粗避障和精避障等自主導航降落過程,實現了探測器的精準定位。
  嫦娥四號降落相機拍攝的影像圖會在著陸后通過“鵲橋”中繼衛星傳回地球。利用這些圖像對嫦娥四號著陸軌跡進行重構,文章在三維空間中繪制了探測器的下降軌跡,位置精度可以達到1m左右。根據解算的cm分辨率地形數據,作者指出嫦娥四號著陸在一個退化撞擊坑的緩坡上,距離北邊一個直徑25米的撞擊坑邊緣僅有8.35m,且著陸點周圍共有五個撞擊坑。隨后,作者結合導航相機拍攝的圖像,精確計算出嫦娥四號的著陸點為東經177.5991°,南緯45.4446°,高程-5935米,并在空間分辨率7m5m1m10cm5cm的月球影像和地形數據上進行了精確識別。
  以上研究成果不僅為嫦娥四號著陸器和玉兔二號月球車開展科學探測提供了背景信息和位置基準,是月球背面控制點研究、高精度月球測繪的基礎,也將為我國未來深空探測任務(例如,小行星附著、火星軟著陸)提供技術支持。
  國家天文臺研究員劉建軍為論文的第一作者,李春來為通訊作者。
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月面著陸點分布圖 
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CE-4動力下降軌跡圖 
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CE-4著陸點在影像上的位置示意圖



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