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中國科學家重構嫦娥四號月背著陸軌跡 將助力火星等深空探測

  北京9月25日電 (記者 孫自法)中國科學院國家天文臺25日發布消息說,該臺李春來研究員領導的科研團隊利用嫦娥四號數據,精確定位了嫦娥四號在月球背面的著陸位置,并再現了嫦娥四號的落月過程。中國科學家最新完成的這一月球探測領域重要科研成果的研究論文,北京時間24日深夜獲國際權威學術期刊《自然·通訊》在線發表。

月面著陸點分布圖。國家天文臺/供圖
月面著陸點分布圖。國家天文臺/供圖

  李春來表示,研究團隊基于嫦娥四號數據重構月背著陸軌跡這項研究成果,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,也是月球背面控制點研究、高精度月球測繪的基礎,還將為中國未來開展小行星附著、火星軟著陸等深空探測任務提供技術支持。

嫦娥四號動力下降軌跡圖。國家天文臺/供圖
嫦娥四號動力下降軌跡圖。國家天文臺/供圖

  他說,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。

  據介紹,2019年以前,人類在月球探測歷程中成功實施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均可以通過地面設備進行測量。2019年1月,中國嫦娥四號探測器在月球背面馮·卡門撞擊坑內成功實現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,而利用中繼星回傳地面的探測器高度、加速度和姿態等信息遙測參數又非常有限,精確重構探測器下降軌跡和著陸點精確定位受到極大影響。

  李春來團隊研究認為,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。研究團隊通過與中國空間技術研究院合作研究,利用嫦娥二號高分辨率地形數據,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,成功實現嫦娥四號探測器在月球背面的精準定位。

嫦娥四號著陸點在影像上的位置示意圖。國家天文臺/供圖
嫦娥四號著陸點在影像上的位置示意圖。國家天文臺/供圖

  最新發表研究成果論文第一作者、中科院國家天文臺劉建軍研究員說,嫦娥四號降落相機拍攝的影像圖會在著陸后通過鵲橋號中繼衛星傳回地球,利用這些圖像對嫦娥四號著陸軌跡進行重構,研究團隊在三維空間中繪制出探測器的下降軌跡,位置精度可達1米左右。根據解算的厘米級分辨率地形數據分析顯示,嫦娥四號著陸在月背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8.35米,且著陸點周圍共有5個撞擊坑。

  在此基礎上,研究團隊結合嫦娥四號導航相機拍攝的圖像,精確計算出嫦娥四號著陸點位于月球東經177.5991度、南緯45.4446度、高程-5935米,并在空間分辨率7米、5米、1米和10厘米、5厘米的月球影像和地形數據上進行了精確識別。(完)

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