嫦娥奔月新篇中国探月工程全景报道

11月26日,中国"嫦娥一号"月球卫星拍摄的第一张月面图像公诸于世,标志着中国探月工程取得了新的阶段性成果。本文对中国探月工程的启动背景、进展和前景进行了全面的介绍。     

走出神话的中国“嫦娥”

2007年11月26日,是一个值得庆贺的日子。这一天,我国公开发布了嫦娥一号卫星第一张月面图片(参看本期插页)。温家宝总理亲临发布会,作了重要讲话。他指出:嫦娥一号卫星从距离地球38万千米的环月轨道,传回了清晰的可见光图片,标志着我国首次探月工程取得圆满成功。探月工程是继人造地球卫星、载人航天之后,我国航天活动的第三个里程碑。首次探月工程的圆满完成,使我国跨入世界上为数不多的具有深空探测能力     

我国发布迄今世界上分辨率最高的全月图

国防科工局2月6日发布＂嫦娥二号＂月球探测器获得的7m分辨率全月球影像图,比＂嫦娥一号＂全月图120m的分辨率提高了17倍,使我国成为世界上第一个发布分辨率优于7m全月球影像图的国家。这是我国探月工程取得的又一重大科技成果。 ＂嫦娥二号＂7m分辨率全月球影像图的数据处理和制图质量得到了严格、有效控制,影像图的空间分辨率、影像质量、镶嵌精度、数据一致性和完整性等优于国际同类产品。     

嫦娥探测器轨道测定中的科学与技术问题

嫦娥探测器轨道测定技术既是成功完成工程任务的基础,也对月球科学研究起着重要作用。嫦娥探测器的轨道测定与地球航天器的轨道测定有诸多不同之处,本文介绍了绕月球探测与绕地球探测在测定轨技术方面的差异,并介绍了基于"嫦娥一号"、"嫦娥二号"月球探测器建立月面地形以及月球重力场模型的研究进展,最后分析了"嫦娥二号"平动点飞行试验以及小行星探测试验的测定轨能力。这些技术不仅在月球探测工程中起到关键作用,对我国后续深空探测也有很好的借鉴意义。     

用于"嫦娥一号"卫星研制的新型国产通用自动测试平台

KT8000通用自动测试平台作为"嫦娥一号"卫星GNC测试系统,首次实现了奔月轨道及其控制的高精度仿真,"嫦娥一号"探月的成功,标志着我国自主研发的通用自动测试平台达到了一个新的高度。     

24般“兵器”

我们常常用18般兵器来形容武器的多样。嫦娥一号为实现探月卫星工程的四大科学目标,搭载有效载荷是8种24件科学探测仪器,它们就是嫦娥一号的24般兵器。这些科学仪器如同一个大的考察团队,而每一种仪器就是考察队员。它们有各自的尖端设备和用途,为取得探月成果,它们发挥了重要的角色。本文将这些探测仪器按不同的科学目标归类依次作介绍。     

月球车热控技术的研究现状与趋势

正从20世纪60年代以来人类的航天科技和空间探测得到了巨大的发展。月球作为距离地球最近的天体,具有重要的科学探测意义和开发价值。美国于2004年提出了重返月球的星座计划,欧航局主张发展下一代月球车——极地月球车,日本致力于开发"月亮女神"系列探月设备,我国开展的月球探测计划为"嫦娥工程",并且在2013年12月2日发射了我国第一个在月面软着陆的探     

保驾导航的地面测控系统

地面测控系统与嫦娥一号探月卫星关系紧密,它既是卫星的领航者,又是卫星的保护者,在嫦娥一号整个飞行期间,它起到了保驾导航的作用。地面测控系统负责运载火箭发射和嫦娥一号卫星整个飞行任务期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作和飞行控制,以及嫦娥一号卫星探测应用期间的任务计划的实施与操作管理,并通过高精度的测定轨道,为地面应用系统科学探测数     

影响环月飞行器定轨精度的误差源分析

以我国正在实施的探月计划“嫦娥1号”工程为背案,在现有测控网分布、观测弧段以及尽可能接近真实情况的误差源等前提下,利用仿真模拟的方法对影响环月飞行器定轨精度的误差源进行了初步探讨和分析。重点考察了月球重力场误差、观测量精度、初始时刻的先验轨道误差以及观测资料类型等对环月飞行器定轨精度的影响。     

行业消息

10月24日18时05分,中国"嫦娥一号"月球探测器在西昌卫星发射中心通过"长征三号"甲火箭发射升空,标志着中国成为了第五个成功发射月球探测器的国家。在发射后两周内,"嫦娥一号"探测器在调相轨道上进行了一次远地点变轨和三次近地点变轨,以进入地月转移轨道。到达月球引力范围后,探测器进行了三次近月制动,最终与11月7日进入距离月球表面200千米的绕     

深空X频段测速数据误差分析

X频段是深空测控的主用频段,其多普勒测速精度远高于S频段,这一结论在"嫦娥二号"任务X频段深空测控技术试验中得到了验证,测速精度约为1mm/s。针对X频段高精度测速,本文分析了目前采用的径向速度近似计算公式,理论分析其产生的误差在地月转移和环月轨道段可达1cm/s。通过"嫦娥二号"任务X频段测控技术试验,以事后精密轨道为基准进行残差分析,结果表明,相比精确公式,近似公式计算测速数据的残差会增加1mm/s,已与X频段测速精度本身相当,因此,多普勒测速近似计算在X频段测量中已不再适用,应使用本文中列出的精确计算公式。     

USB与VLBI联合确定“探测一号”卫星轨道

我国绕月探测工程“嫦娥一号”卫星将以统一S波段(USB)为主,辅以甚长基线干涉仪(VLB I)测轨分系统来完成测控任务。由于“探测一号”卫星轨道与“嫦娥一号”调相轨道段相似,有关单位于2005年3月17日—20日进行了USB和VLB I联合跟踪“探测一号”试验。通过对联合测轨数据的处理,研究了USB—VLB I联合定轨方法,分析了联合定轨和预报精度,得出了一些结论。     

“嫦娥二号”卫星成功实现对小行星4179的飞越探测

12月13日,"嫦娥二号"卫星飞离日地拉格朗日L2点195天后,成功飞抵距地球约700万km的深空,以10.73km/s的相对速度,与国际编号4179的图塔蒂斯(Toutatis)小行星由远及近擦身而过,首次实现中国对小行星的飞越探测,这也是我国第一次对月球轨道以外的天体尝试并成功实施探测,是中国空间探测史上具有重大科学意义的事件。交会时"嫦娥二号"星载监视相机对小行星进行了光学成像,     

中国首次月球探测工程第一幅月面图像

2007年11月26日发布中国首次月球探测工程第一幅月面图像是由嫦娥一号卫星上的 CCD 立体相机获得的。CCD 相机采用线阵推扫的方式获取图像,轨道高度约200千米,每一轨的月面幅宽60千米,像元     

基于视觉的嫦娥四号探测器着陆点定位方法

针对探测器月球背面着陆点快速高精度定位问题,利用嫦娥四号探测器动力下降过程中的降落相机序列图像以及着陆区高精度地形图,提出了一种基于高精度图像匹配和几何变换的探测器着陆点高精度快速定位方法。考虑到嫦娥四号、三号任务在动力下降阶段的相似性,利用嫦娥三号降落相机相关数据进行了着陆点定位实验与精度验证。其中降落相机序列影像间的匹配精度达到子像素;降落相机变分辨率图像的拼接优于1个像素。该方法将降落相机序列图像进行拼接,有效扩大着陆区域范围,提高匹配成功率与计算效率,实时性较好,已应用于嫦娥四号探测器月面着陆定位。     

“嫦娥三号”成功登陆月球

“嫦娥三号”着陆器和“玉兔号”月球车成功着陆和巡视月球表面,实现了嫦娥工程的第二阶段目标,验证了一系列月球软着陆和环境适应技术。     

动量轮卸载对环月卫星SMART-1轨道的影响和定轨策略

动量轮卸载是卫星进行姿态控制的一种常用手段。通过对欧空局（ESA）首颗环月卫星SMART-1测轨资料的分析，计算了动量轮卸载对卫星轨道的影响，特别讨论了在动量轮卸载的精确信息未知时提高卫星定轨和预报精度的策略。计算表明，2006年5月29日至6月2日期间，SMART-1多达19次的动量轮卸载过程使得其轨道位置变化达到3km。如果不考虑动量轮卸载的影响，定轨结果相比于ESA重建轨道的位置误差最大可达742m。本文利用分段常数的经验加速度模型来模制动量轮卸载产生的小推力。计算表明，即使动量轮卸载的精确信息未知，采用该方法也可显著提高定轨和预报精度，定轨位置误差最大下降到246m。计算还表明，经验加速度的合理选择（周期性、常数或线性经验加速度）决定定轨精度的改善程度。考虑到我国的首颗探月卫星“嫦娥一号”也将采用动量轮卸载的方式进行姿态控制，本文的结论对我国的探月工程有一定的借鉴意义。     

嫦娥三号巡视器的惯导与视觉组合定姿定位

针对“嫦娥三号”的“玉兔号”巡视器在月面未知环境中避障与安全行进的要求,分析和阐述了“玉兔号”巡视器在地面遥操作中心的控制下利用惯导和视觉组合进行月面导航与精确定位的实现方法,并结合现有的导航定位研究对“玉兔号”巡视器导航与定位的工程创新性进行了总结,阐明了惯导定位和视觉定位技术在“玉兔号”巡视器月面探测过程中的工程应用特点.最后,通过“玉兔号”巡视器着月点的精确定位实验,验证惯导和视觉相结合的定位方法的有效性,定位精度近似达到总行驶里程的1％,这对“玉兔号”巡视器开展月面探索和准确抵达科学目标位置具有重要作用.     

月球重力场模型误差对CE-5T1探测器定轨的影响

利用嫦娥五号再入返回飞行试验拓展任务期间获取的探测器(CE-5T1)实测数据,采用内符合方法比较了3种重力场模型的实测数据定轨结果,发现采用GRAIL(Gravity Recovery And Interior Laboratory,重力恢复与内部实验室)重力场模型进行定轨的结果最优。相比于之前的嫦娥系列探测器定轨常用的LP(Lunar Prospector,月球勘探者)重力场模型,采用GRAIL重力场模型定轨后测距数据的残差降低了1个量级。进一步采用不同重力场模型进行轨道外推,定量分析重力场模型对不同类型轨道的影响,结果表明,对于倾角为90°的环月极轨道,不同重力场模型的轨道外推结果差异较小;而对于倾角为20°和40°的环月轨道,不同重力场模型的外推星历的偏差均方根可达到2km,大于当前环月探测器的定轨精度。为此,建议在后续探月任务中使用GRAIL重力场模型进行轨道确定。     

印度加入探月俱乐部

10月22日，印度首个月球探测器“月船”-1发射成功，这使得印度成亚洲第三个、世界第五个开展探月工程的国家。印度探月工程负责人表示，印度的月球探测器将对月表的岩层和固态水进行研究分析，以期揭示月球的起源问题。