解放日报上官新闻记者从中国科学院国家天文台获悉,北京时间9月25日凌晨,国际科学期刊《自然通讯》(Nature Communications)在中国月球探测领域在线发布了一项重要成果。中国科学院国家天文台研究员李春来领导的科研团队利用嫦娥四号数据准确定位嫦娥四号的着陆位置,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。然而,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,中继卫星返回地面的遥测参数(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,精细重构嫦娥四号自主导航着陆过程,如月球背面粗避障和精避障,实现探测器的精确定位。

嫦娥四号动态下降轨迹图

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。这些图像被用来重建嫦娥四号的着陆轨迹。探头下降轨迹绘制在三维空间中,位置精度可达1米左右。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5个撞击坑。之后,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,高-5935米。

嫦娥四号着陆点在图像上的位置示意图

该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。它还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。

总编辑:黄海华文字编辑:黄海华专题地图来源:视觉中国图片编辑:徐嘉敏

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