简介:月球背面地震仪 (FSS) 最近被选为 NASA PRISM(月球表面有效载荷和研究调查)计划的一部分,计划于 2024 年或 2025 年发射,它将向薛定谔陨石坑运送两台地震仪(均已通过 InSight 火星任务的飞行验证 [1])。垂直甚宽带 (VBB) 地震仪是有史以来最灵敏的飞行地震仪 [2],而短周期 (SP) 传感器是可用于太空应用的最灵敏、最成熟的紧凑型三轴传感器 [2]。FSS 是一个自给自足的有效载荷,具有独立的电源、通信和热控制,可在漫长的月夜中生存和运行,其寿命将比商业运载着陆器更长,并提供能够回答关键科学问题的长期地震实验。
中继通信卫星在月球背面和极地探测任务中发挥着重要作用。鹊桥中继通信卫星是为嫦娥四号月球背面着陆器和月球车提供中继通信支持的研制的,自2018年6月14日进入绕地月平动点2的halo任务轨道以来,已在轨运行30多个月,工作良好,为着陆器和月球车提供了可靠、连续的中继通信支持,完成了嫦娥四号月球背面软着陆和巡视探测任务。月球南极地区探测具有很高的科学价值,中国南极探测任务的新型中继通信卫星也在研究中。本文概述了鹊桥中继通信卫星的系统设计和在轨运行情况,提出了用于月球南极探测任务的中继通信卫星的系统概念。最后对月球中继通信卫星系统的未来发展进行了展望。
月球背面科学的潜力:由于月球背面不受地球无线电传输的影响,因此它是天文学家放置射电望远镜的理想位置。此次任务还包括在南极背面发射相当多的着陆器和探测车。例如,向南极-艾肯盆地发射样品返回任务将为有关月球内部的科学信息提供宝贵材料。 ITU-R RA.479-5 参考文献 [41] 中关于月球屏蔽区的内容指出:“300 MHz 至 2 GHz 之间的频率应保留给射电天文学”。ITU《无线电规则》第 22 条第 V 节 [39] 专门用于保护 SZM 中的射电天文学,要求与射电天文学进行协调,即使在 ITU《无线电规则》第 4.4 条框架内以不干扰为基础提出申请时也是如此。鉴于上述情况,我们在月球空间通信研究中必须考虑某些架构要求:
中国嫦娥六号着陆器上月球背面的首个激光反射器以及未来嫦娥七号极地任务中的部署。 Y. Wang 1 , S. Dell'Agnello 2 , K. Di 1 , M. Muccino 2 , H. Cao 3 , L. Porcelli 2 , X. Deng 3 , L. Salvatori 2 , J. Ping 4 , M. Tibuzzi 2 , Y. Li 5 , L. Filomena 2 , Z. Kang 6 , M. Montanari 2 , Z. 孟 3 , L. Mauro 2 , B. 谢 1,7 , M. Maiello 2 , 1 中国科学院空天信息研究所遥感科学国家重点实验室,北京,100101,中国 (dikc@aircas.ac.cn), 2 国家核电研究所 - 弗拉斯卡蒂国家实验室 (INFN–LNF),通过费米40,00044,意大利弗拉斯卡蒂(simone.dellagnello@lnf.infn.it),3 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体工程研究所,北京,100094,中国,4 中国科学院国家天文台,北京,100101,中国,5 中国科学院云南天文台,昆明,650216,中国,6 中国地质大学土地科学与技术学院,北京,100083,中国,7 中国科学院大学,北京,100101,中国。
过去,月球探测任务几乎完全依赖于直接对地 (DTE) 通信,同时使用来自地球的测距辐射测量进行导航。早在阿波罗任务初期(Farquhar,1971),月球中继基础设施的优势就已初见端倪,中国嫦娥四号任务最近的月球背面着陆也证明了这一点(Gao 等人,2019;后者专注于将遥测数据传送到地面,而不是提供独立的轨道确定和导航解决方案)。月球探测任务数量的增长趋势正在产生部署月球通信和导航基础设施以支持国际社会的需求。这反过来又可以成为更多公共和私人全球地月计划的催化剂。
航天能力已成为经济发展、科学发现和技术进步以及国家安全的关键推动因素和重要力量倍增器,同时也赋予了国际声望,中国和阿拉伯国家都在航天领域志存高远,并取得了长足的进步。自 21 世纪初以来,中国完成了一系列具有里程碑意义的壮举,例如 2003 年将第一位中国人送入太空,2019 年嫦娥四号机器人飞船在月球背面软着陆,2020 年北斗三号 (BDS-3) 导航卫星系统建成,2021 年祝融号成功登陆火星,以及 2023 年天宫中国空间站竣工,等等。与此同时,以阿联酋和沙特为首的海湾阿拉伯国家作为中东地区的重要组成部分,大力投入航天活动,在航天应用、载人航天、深空探索等领域取得了令人瞩目的成就,其中阿联酋将于2021年将“希望号”探测器送入火星轨道,2023年将迎来沙特女性首次访问国际空间站。
对于这一特定任务,该联盟已初步确定了两个可能的研究案例:LUMIO 和 M-ARGO。LUMIO(月球流星体撞击观测器)是一颗 12U 立方体卫星,将进入地球-月球 L2 晕轨道,通过探测流星体的闪光来观察、量化和描述流星体对月球背面的撞击,补充地球上对月球正面的观测,以提供有关月球流星体环境的全球信息并有助于了解月球情况。M-ARGO 是一颗 12U 深空立方体卫星,将与近地小行星会合并描述其物理特性以了解其是否存在原位资源,首次展示立方体卫星系统独立探索深空的能力。这两项任务的特点是在恶劣环境中具有高度的自主性和复杂性,因此是正在进行的 ESA RAMS/FDIR 活动的极佳研究案例。在活动的第一阶段,LUMIO最终被选为项目进一步完善的研究案例。
中华人民共和国 (PRC) 已在地月空间技术和任务的研发方面投入了大量资金,从登陆月球背面到国际月球研究站。在其太空叙事中,中国主张和平利用外层空间,并遵守国际空间法,即不将外层空间武器化,不否认任何外层空间的领土主权,这与 1967 年的《外层空间条约》相一致;然而,美国实体对中国在地月空间的存在表示担忧。本报告重点关注地球静止轨道以外的区域,包括月球轨道的上限高度,总结了中国过去、现在和未来的地月空间活动。然后,报告通过分析官方文件和新闻稿以及官员的声明,讨论了中华人民共和国开展这些地月空间活动的动机——国际和国内声望、科学发现、经济利益和军事优势。报告最后讨论了对中美太空竞争的影响,包括地月空间规范和治理、太空领域意识以及知识共享和协调。