月球激光测距（LLR）是地月间距测量精度最高的技术。其中，月球激光反射器（LRRR）是实现高精度月球激光测距的关键设备。中国计划在月面放置有人部署的新一代月球激光反射器，为使反射器有效工作，需调节反射器的俯仰角、方位角，使其指向对准平均地球。本文设计了一套算法，用于计算月球激光反射器指向对准所需调节的角度，同时分析了部署时间偏差、位置偏差对指向对准的影响。月球激光反射器指向对准偏差估计值约为2.7°，最大不超过5.0°，可以满足反射器对准精度优于5.5°的需求。设计的算法和开展的分析，可以为未来中国月球激光反射器部署任务提供参考。

拉曼光谱是一种新型且强大的月球与深空探测工具。介绍了深空拉曼光谱技术的原理及技术特点，梳理了国际上深空拉曼光谱技术的发展现状，介绍了目前国际上在研/在轨的5台拉曼光谱载荷的设计情况。在此基础上，对深空探测拉曼光谱技术的关键问题进行了分析总结，对该技术的下一步发展进行了展望。

月球激光测距（LLR）极大推动了地月科学、月球空间基准以及引力物理的发展。为了充分利用LLR数据，依据目前广泛应用的国际地球自转服务2010（IERS 2010）规范对固体潮、海潮、大气延迟和广义相对论效应进行建模，并建立了LLR观测模型。利用该模型检核了国际激光测距服务（ILRS）提供的所有LLR观测数据，生成的月球角反射器预报文件CPF（Consolidated prediction format）支持云南天文台LLR的独立观测。将INPOP19a、DE430、EPM2017历表作为观测模型输入并检核LLR标准点数据，结果表明，相比其他历表，INPOP19a历表与实测数据更接近。

光谱成像仪可以精准探测月球表面物质成分与温度及其变化特性，成为新时期月球科学探测任务中重点配置的科学载荷，为进一步认知月球起源与演化历史、资源分布与环境特性提供科学数据。现有月球环绕探测光谱成像数据为人类认知月球表面物质组成、资源分布及演化历史等提供了科学参考，但面向月球资源与环境开发与应用的勘查存在空间分辨率较低且红外谱段偏少的问题。概述了国内外月球探测任务中的典型光谱成像载荷与研究热点；针对月球光谱的精准探测需求，对所面临的具体技术难题进行了讨论；就如何突破现有技术挑战，获取更高分辨率、更高灵敏度、更可信的光谱科学数据提出了针对性的具体解决思路与技术途径；最后，对面向月球环绕探测的光谱成像的发展趋势、挑战与应用进行了总结与展望。

光谱仪器获取目标光谱信息或光谱图像，具备物质成分无损识别和定量反演能力，已成为国内外月球和火星探测任务重点配置的科学载荷，为表面物质成分及矿产资源、形成与演化历史及资源利用等研究提供重要依据。本文简要介绍了近年来国内外月球及火星探测任务中光谱技术的研究进展与应用现状，概述了中国探月工程及天问一号探测任务中七台光谱仪器及其应用状况，进一步介绍了月球及火星光谱探测的典型应用成果。最后，对光谱技术在月球及深空探测领域的应用前景和发展趋势进行了展望和探讨。

为了进一步提高地月激光测距精度，新部署单体大孔径的激光角反射器是下一代月球角反射器的主要选择，由于单口径角反射器相比阵列式反射器面积要小，反射器指向要求更高。针对这一问题，本文在不含二面角误差的理想角反射器前提下，通过数值模拟的方法分析了角反射器的有效衍射区域随激光光束入射条件的变化规律。在忽略大气影响的简化条件下模拟了地面3个激光测月台站对新布置角反射器的观测情况，通过Levenberg-Marquardt方法优化了角反射器的指向。结果表明，选择合适的指向可以将反射器有效衍射面积提高到80%以上，同时得到低纬度地面台站比高纬度台站更有利于观测的结论，提示我国应当充分利用已建成的两个低纬度激光测月台站，以期在未来地月激光测距和地月科学研究中发挥更大的作用。

根据国际上公开发表利用的1969—1972年美国Apollo 11、14、15宇航员放置在月球上的三个角反射器以及1970—1971年苏联无人登月车放置的两个角反射器进行的月球激光测距的论文和技术文献,讨论了月球激光测距中的几个关键物理和技术问题,主要包括:1)角反射器阵列指向与其月面位置的精确定位;2)角反射器激光回波信号的确认;3)接收信号强度与信噪比;4)测距结果的精度;5)满月时为什么不适于测距;6)地球大气对激光测月及其精度的影响。现有技术文献对一些关键的技术细节描述尚不完备,判定接收信号来自角反射器对激光的反射缺乏直接的物理证据,现在声称的距离测量精度与激光本身特性的关系尚需进一步分析。

月球作为光谱特性稳定、光强在探测器动态范围内的理想定标源, 利用月球进行卫星在轨对月定标是提高辐射定标效率、监测探测器成像稳定性的重要手段之一。针对低轨高分辨率遥感卫星, 提出了一种姿态机动对月定标方法, 包括对月定标时机选择、对月定标卫星姿态规划以及载荷成像参数选取等技术。并基于某在轨运行的低轨光学遥感卫星成功开展了15次对月定标实验, 卫星姿态角速度为0.06 (°)/s, 载荷积分时间为0.293 8 ms, 月相角覆盖-79.872°~89.236°。实验结果表明, 卫星姿态实际执行情况符合设计的对月定标卫星姿态规划流程, 且该对月定标方法具有很高的观测效率, 仅耗时1 500 s, 不会影响卫星正常的对地观测任务; 地面获取的15幅月球图像纹理清晰、稳定, 对月空间分辨率优于1.18 km, 图像DN值分布层次感较好; 计算得出的月球辐照度分布趋势与国际上ROLO(Robotic Lunar Observatory)模型公布的趋势一致。实验结果验证了提出的对月定标方法的正确性及合理性, 同时实现了中国首次低轨高分辨率遥感卫星姿态机动对月球多月相角观测, 可为长期监测卫星探测器的成像稳定性和大量积累对月定标数据、建立中国自主可控的月球辐射模型提供可靠依据。