嫦娥五号探测器成功实现了我国首次地外天体采样返回，利用表取采样方式顺利完成了月面多点样品采集工作。根据嫦娥五号探测器特点，阐述了表取采样工作过程，分析了斜侧安装的监视相机可视覆盖区域，并形成了适应于光照不均匀、纹理高度相似场景的月面三维数字重构流程。然后，结合表取采样机械臂与器表设备构型布局情况，构建了表取采样可达约束条件，进行了可视可达区分析。并针对任务采用的一类大尺度采样器，提出了数字仿真分析与物理实物验证相结合的采样点确定方法。嫦娥五号月面工作期间，利用该方法通过分析、仿真与物理验证，实现了平均精度优于1 cm的物理地形重建，确定了周向安全间距不小于15 cm、纵向安全间距不小于2 cm的采样点族，结果表明该方法确定的采样点正确、安全，有效支持了嫦娥五号表取采样活动。
嫦娥五号 表取采样 采样点 可视区 可达区 Chang’E 5 surface sampling sampling point visible area reachable area 光学 精密工程
2021, 29(12): 2935
1 中国科学院月球与深空探测重点实验室, 中国科学院国家天文台, 北京 100012
2 中国科学院大学物理科学学院, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
探月工程三期项目将完成“绕、 落、 回”三个阶段中的采样返回任务, 将在未来发射嫦娥五号（CE-5）探测器, 执行月面着陆、 采样并返回地球的任务。 嫦娥五号月球矿物光谱分析仪（LMS）是探月工程三期重要的数据来源, 通过LMS光谱数据分析识别月球表面物质的矿物组成, 包括含水矿物, 同时有助于判断岩石类型, 辅助地层学分析。 为月球的形成过程、 月球地质演变及岩石-水交互作用的研究提供数据支撑。 相比于嫦娥三号红外成像光谱仪, LMS将光谱范围从450～2 400 nm扩展到了480～3 200 nm, 除了能探测月球表面主要矿物辉石、 橄榄石等, 还可以探测3 000 nm附近的羟基吸收峰特征, 为月球表面是否存在“水”提供强有力的证据。 此外, 嫦娥五号月面工作任务将获取月表以下物质, LMS可以对月表采样前后的采样区域进行光谱探测, 比较不同深度、 不同风化程度下的月壤光谱特征, 且与后期返回样品的实验室光谱对比分析。 为保证LMS月面数据的可靠性, 在探测器发射之前开展了LMS地面验证试验, 采用多种矿物及矿物混合样品, 在不同试验环境下获取LMS的探测数据, 分析研究LMS的矿物成分探测能力, 并结合标准比对仪器光谱进行光谱质量分析。 计算了所有实验样品的光谱不确定度参数。 除了具有低反射率的钛铁矿外, 所有样品都具有高质量的光谱数据。 同时, 在相同条件下, LMS光谱特征与标准比对仪器得到的光谱数据相一致, 表明LMS整体数据质量高。
嫦娥五号 月球矿物光谱分析仪 光谱质量 Chang’e-5 Lunar mineralogical spectrometer Spectral quality
1 吉林大学地球探测科学与技术学院, 吉林 长春 130026
2 吉林建筑大学测绘与勘查工程学院, 吉林 长春 130118
基于月球样品反射光谱的月表矿物识别和成分反演能力受到月球环境的严重影响, 仅限于月球表面5％的成熟度较低的区域。 相比之下, 包含大量硅酸盐矿物的月球样品发射光谱不仅光谱特征明显, 而且受月表大气、 温差和真空等环境的影响较小, 是研究月表成分和物理特性的新途径。 因此, 对于嫦娥五号月球探测器采集的月球实地样品的发射光谱测量不仅可用于月表硅酸盐类矿物的成分分析, 而且可以作为遥感研究中可见光-近红外光谱的有效补充。 但是, 实验室发射光谱测量中最大的难题是寻找最佳的实验方法和仪器, 以便获得准确可靠的光谱数据。 研究以模拟月壤样品为测量对象, 分别在实验室大气、 氮气冷背景和模拟真空环境中, 利用TurboFT 102F和Bruker VERTEX 70V两种仪器, 设计和实施了傅里叶光谱法、 独立黑体法和反射率法三种发射率测量实验, 并利用误差传播定律和已有Apollo样品发射率光谱对实验获得的发射率光谱进行了精度分析与评定。 发现在异常复杂和困难的模拟月球真空测量环境构建完成之前, 密闭实验室环境中的反射率法发射率光谱特征最明显, 测量精度最高, 可以作为目前月球样品发射率光谱测量的最佳选择。 研究希望能为嫦娥五号采集的月球样品发射率光谱测量实验提供理论基础和技术参数。
热红外光谱 月球模拟样品 精度评定 嫦娥五号 Thermal infrared spectra Lunar simulated sample Accuracy evaluation Chang’e 5 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2866
