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中国科学家重建“嫦娥四号”落月轨迹,精确定位着陆

导读:时间9月24日23时,国际学术期刊《自然》(Nature)子刊《自然-通讯》(Nature Communications )在线发表了一篇来自中国科学家的:Descent trajectory reconstruction and landing site positioning of ChangE-4

时间9月24日23时,国际学术期刊《自然》(Nature)子刊《自然-通讯》(Nature Communications )在线发表了一篇来自中国科学家的:Descent trajectory reconstruction and landing site positioning of Chang’E-4 on the lunar rside。中国科学院国家天文台副台长、月球与深空探测研究部主任李春来领导的“嫦娥四号”研究团队,精确定位了“嫦娥四号”的着陆,并对“嫦娥四号”的落月过程进行了重建。

这一研究工作“为‘嫦娥四号’着陆器和‘玉兔二号’月球车开展科学探测提供了背景信息和基准”。论文第一作者、中国科学院国家天文台研究员刘建军对澎湃新闻记者()表示,“嫦娥四号”着陆器作为月面永久性标志,其的精确定位,可以作为月球背面的控制点,将是月球背面控制点研究、高精度月球测绘的基础。“也将为我国未来深空探测任务(例如小附着、火星软着陆)提供技术支持”。

9月23日晚间,“嫦娥四号”着陆器和“玉兔二号”月球车安全度过长达14天的月夜极低温后,分别受光照成功自主“”,进入第十个月昼工作期。截至第九月昼期,“玉兔二号”月球车共行走284.661米。科研人员则根据获得的工程和科学数据持续开展着相关研究工作。

此前的1月3日10时15分,“嫦娥四号”探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降,7500N变推力发动机开机,逐步将探测器的速度从相对月球1.7公里每秒降到零。在6-8公里处,探测器进行快速姿态调整,不断接近月球;在距月面100米处开始悬停,对障碍物和坡度进行识别,并自主避障;选定相对平坦的区域后,开始缓速垂直下降。约690秒后,“嫦娥四号”探测器自主着陆在月球背面最大、最深、最古老的南极-艾特肯盆地(South Pole-Aitken)内的冯·卡门撞击坑内。

然而,这些方法对此次的研究并不适用。刘建军解释,对于“嫦娥四号”着陆器,由于是在月球背面进行软着陆,受月球遮挡的影响,地面设备无法进行实现对月球背面软着陆探测器的直接无线电测量;同时,由于“鹊桥”中继星和着陆器上未配置无线电测量设备,也无法进行间接测量。另一方面,利用中继星回传的探测器高度、加速度和姿态等的遥测数据又非常有限。

“嫦娥四号”从6000米高度到月面的下降轨迹。研究团队采用“嫦娥二号”(CE2TMAP2015)的数字正射影像图(DOM)和数字高程模型(DEM)作为地理参考数据。采用“嫦娥四号”着陆相机(LCAM)序列图像,重建“嫦娥四号”动力下降轨迹。

“嫦娥四号”着陆点。随后,研究团队利用由两台摄像机组成的摄像机(NCAM)获取的双目立体图像,精确计算出“嫦娥四号”的着陆点为东经177.5991°,南纬45.4446°,高程-5935米。该着陆点位于一个退化撞击坑的缓坡上,距离北边一个直径25米的撞击坑边缘很近,且着陆点周围共有五个撞击坑。

对于这项最新的研究,刘建军认为研究亮点在于,“利用中国自主获取的多源影像数据(包括‘嫦娥二号’月球轨道的遥感影像、‘嫦娥四号’降落相机影像和月球车相机影像)开展的研究,解决了不同分辨率、不成像方式多源影像的联合处理和定位问题”。

2018年5月,中国发射了“鹊桥”中继卫星,该卫星是一颗服务“嫦娥四号”的地月间通信卫星,为随后的月球背面探测和采样返回铺平道。2019年1月3日,“嫦娥四号”在南极-艾特肯盆地着陆,成为人类历史上首个着陆于月球背面的无人探测器。

“嫦娥四号”任务首次实现了人类在月球背面软着陆,任务探测器由中继星、着陆器和巡视器组成。两器一星上共配置了6台国内研制科学载荷和3台国际合作科学载荷,开展以低频射电天文观测、巡视区形貌、矿物组份及浅层结构为主的科学探测。

除此番公开发表的学术外,此前的5月16日,“嫦娥四号”研究团队已在《自然》发表了一篇研究,科学家利用可视-近红外成像光谱仪(VINS)的光谱初始观测结果推断出,月球表面存在的低钙辉石和橄榄石矿物可能起源于月球地幔。这也是人类首份月球背面幔源物质初步。

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