嫦娥四号对我国空间科学国际合作模式的启示与展望

 我国完全自主实施的探月工程又名嫦娥工程，是中国航天迈向深空探测零的突破。自2004年1月正式立项以来，我国先后成功发射了嫦娥一号、二号、三号、五号T1试验器和四号任务，实现了“五战五捷”，成为人类进入21世纪后月球探测活动的重要力量。深受世人瞩目的嫦娥四号任务实施了两次发射，2018年5月21日发射“鹊桥”号中继星；由“玉兔二号”巡视器和着陆器组成的嫦娥四号探测器于2018年12月8日从西昌卫星发射中心升空，2019年1月3日顺利在月球背面预选区着陆，由多个国家和国际组织参与的科学探测任务陆续展开。     

嫦娥四号月球背面探秘之旅

 在地-月系统长期的演化过程中，地球和月球之间的潮汐力使月球的自转逐渐减缓，最终导致月球被地球潮汐锁定，使得月球总是同一面朝向地球，所以从地球上始终不能完全看见月球的另一面（仅有18%因天平动效应和视差而被观测），因此被称为月球背面。月球背面的第一张影像由前苏联的“月球3号”环月探测器在1959年10月拍摄，揭开了月球背面的神秘面纱，直到1968年12月的阿波罗8号任务环绕月球时，才直接用眼睛看见月球背面。2007年中国发射了嫦娥一号，获取了分辨率为120米的全月图，2010年发射的嫦娥二号，进一步获取了分辨率为7米的全月图。2010年12月，美国的“月球勘测轨道号”探测器拍摄了更多高分辨率的月球背面图像，让人们对月球背面有了进一步地了解。     

嫦娥四号月球背面探秘之旅

在地-月系统长期的演化过程中,地球和月球之间的潮汐力使月球的自转逐渐减缓,最终导致月球被地球潮汐锁定,使得月球总是同一面朝向地球,所以从地球上始终不能完全看见月球的另一面（仅有18%因天平动效应和视差而被观测）,因此被称为月球背面。月球背面的第一张影像由前苏联的“月球3号”环月探测器在1959年10月拍摄,揭开了月球背面的神秘面纱,直到1968年12月的阿波罗8号任务环绕月球时,才直接用眼睛看见月球背面。2007年中国发射了嫦娥一号,获取了分辨率为120米的全月图,2010年发射的嫦娥二号,进一步获取了分辨率为7米的全月图。2010年12月,美国的“月球勘测轨道号”探测器拍摄了更多高分辨率的月球背面图像,让人们对月球背面有了进一步地了解。     

真空紫外成像光谱仪在空间科学中的应用与展望

真空紫外成像光谱仪是空间科学研究中重要的数据获取工具,通过对不同天体目标真空紫外辐射的观测,可以反演出天体中主要物质的含量和变化规律,从而为空间天气、宇宙起源等许多前沿科学提供研究资料.分析了真空紫外成像光谱仪在空间科学研究中的优势,介绍了国外发展概况,列举了日地空间环境观测、地外行星体观测和宇宙空间观测三个应用领域中...     

嫦娥一号干涉成像光谱仪的定标

介绍了我国首次探月卫星的有效载荷之一Sagnac空间调制型干涉成像光谱仪的定标.提出了"行"平场原理以及不同类型的光谱仪对比方法,分别用于相对定标与光谱辐射度绝对定标,取得了好的实验结果.检测了谱线位置不确定度、光谱分辨率及在轨光谱辐射度的相对不确定度.给出了探月卫星干涉成像光谱仪的定标及检测结果.首次采用干涉型成像光谱仪实现了对月的可见光/近红外宽谱段连续光谱探测.     

嫦娥一号干涉成像光谱仪的定标

介绍了我国首次探月卫星的有效载荷之一Sagnac空间调制型干涉成像光谱仪的定标.提出了“行”平场原理以及不同类型的光谱仪对比方法,分别用于相对定标与光谱辐射度绝对定标,取得了好的实验结果.检测了谱线位置不确定度、光谱分辨率及在轨光谱辐射度的相对不确定度.给出了探月卫星干涉成像光谱仪的定标及检测结果.首次采用干涉型成像光谱仪实现了对月的可见光/近红外宽谱段连续光谱探测.     

细数“嫦娥一号”的八大宝贝

2007年10月24日18时5分,中国第一颗探月卫星“嫦娥一号”在四川西昌卫星发射中心成功升空。在克服了可靠性、无法预知的空间环境风险和技术方面可能的不确定性等诸多威胁,历时十天,经过多次变轨、中途修正、近月制动、捕获月球等数百个动作,“嫦娥一号”终于扑入了月球的怀抱。又经过多次调整,“嫦娥一号”进入了周期为127分钟、高为200千米的环月轨道。     

“嫦娥一号”上的科学探测仪器

“嫦娥一号”上搭载了8种24台件科学探测仪器，重130kg，即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪．     

由“嫦娥一号”引起的思考

由扣人心弦的"嫦娥一号"几次变轨,使笔者追寻一个问题:即决定椭圆运动周期的最简单公式是什么?进而对卫星的圆运动问题,椭圆运动问题的普遍公式作了一个小结.这对于学过普通物理的大学生都会有帮助.     

国际核能应用及其前景展望与我国核电的发展

核能的和平利用始于20世纪50年代，那时美国、前苏联等工业发达国家在进行核军备竞赛的同时，也竞相发展核电站．1954年，前苏联建成电功率为5千千瓦的试验性原子能电站，为世界上首座核电站；1957年，美国建成电功率为9万千瓦的希平港原型核电站；这些成就证明了利用核能发电的技术可行性．国际上把上述试验性和原型核电机组称为第一代核电机组．     

嫦娥一号卫星成像光谱仪光学系统设计与在轨评估

介绍了嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的科学目标、总体设计思想、方案选型、工作原理、光学实施方案、光学系统设计及评价、空间环境适应性考虑、发射前光学图像质量检测、在轨运行情况及在轨性能评测.     

一组基于嫦娥二号的物理原创试题

2010年10月1日,长征三号丙火箭搭载着"嫦娥二号"探月卫星在西昌卫星发射中心成功升空(图1),为我国探月工程二期揭开了序幕.它主要任务是为"嫦娥3号"实现月面软着陆开展部分关键技术试验,并继续进行月球科学的探测和研究.搭载在     

嫦娥三号全景相机图像全景镶嵌方法的研究

为实现嫦娥三号月球车全景相机图像的无缝镶嵌,针对全景相机序列图像光照不均、月表影像的特殊性等问题,提出了一种基于加速稳健特征(SURF)算法的嫦娥三号全景相机图像全景镶嵌方法。采用SURF算法提取特征点,用SURF描述子的欧氏距离作为判定度量进行特征匹配。求取相邻两幅图像间的变换矩阵,并利用Levenberg-Marquardt非线性优化算法进行优化。采用基于线性插值的渐入渐出方法对图像重叠区域进行融合,实现月表图像的无缝镶嵌。结果显示,该方法针对嫦娥三号全景相机图像实现了快速准确的镶嵌,生成的镶嵌图满足月球车探测目标选取及路径规划的需求。     

国际核能应用及其前景展望与我国核电的发展(续)

5 我国核电的发展 5．1我国核电已由起步进入发展阶段 我国是重视发展核电的，早在1956年制订的《国家原子能发展规划12年大纲》中就明确指出：“用原子能发电是动力发展的新纪元，是有远大前途的”，“在有条件下应用原子能发电，组成综合动力系统”．但是，在我国第一颗原子弹爆炸成功后，国家正拟起步核电之时，又逢文化大革命，受其干扰，致使我国核电起步较晚．1974年3月31日周恩来总理主持中央专门委员会，批准了30万千瓦级的压水堆核电方案，作为科技开发项目列入国家计划，核电才开始起步．这就是秦山核电站的由来．秦山核电站是第一座由我国自主创新建成的核电站，它于1983年基本完成研究开发和工程设计，1985年3月20日正式开工建设，1991年12月15日并网发电，结束了我国大陆无核电的历史，实现了我国核电技术的重大突破．我国从法国成套进口的两台90万千瓦级的核电机组也于1987年在广东大亚湾开工，两套机组分别于1993年和1994年并网发电．秦山核电站（见本期封底图）和大亚湾核电站（见本期封底图）的建成发电，为我国核电发展打下了良好的基础．     

嫦娥一号月面成像的高精度匹配及月貌三维重建

针对嫦娥一号探月卫星2C级月面成像,提出了基于待配点最优模板选择的二次函数形变补偿迭代匹配方法。仿真表明它能有效地适应地形起伏引起的图像形变,匹配精度较高且稳定性好。在标准相关匹配的基础上结合所提出的方法完成了下视图与前、后视图的精确匹配,采用三视约束机制和顺序检验机制保证了匹配的稳健性。分析了线阵相机成像的仿射近似模型,并以此为基础实现同轨三视重建。基于邻轨下视图同名特征点,采用RANSAC方法估计邻轨三维坐标转换参数,完成邻轨拼接。实验结果表明,三维重建的月貌图能够更好地表达月球表面的形状和地形。     

启示与展望——谈2007物理高考与复习

2007年新课标《考试大纲》已正式出台，新出台的《考试大纲》注重了新课标理念，注重对学生综合素质和创新能力的考查．最近教育部考试中心相关负责人指出：多样化、选择性和探究性，让学生全面而有个性地发展是新课程改革的亮点，新大纲在维护统一考试的前提下，尽可能反映新课标中倡导的这种多样性和选择性，体现学生的个性化发展．2006年全国高考物理试题和各地试题注重基础知识，注重能力考查，渗透了新课标的理念，同前几年相比，凸显“稳中求变、考查素质”的特点．作为传统教学与新课程改革衔接的关键一年，今年高考有着承前启后的重要作用．对照新的《考试大纲》，2007年高考命题将体现如下特点．     

嫦娥三号粒子激发X射线谱仪能谱温度影响的修正方法

粒子激发X射线谱仪(APXS)是中国探月工程二期嫦娥三号月球巡视器的有效载荷之一。简要介绍APXS的工作原理、组成部分,以及它在月面的工作环境,通过模拟及实验研究了月面热环境对APXS的影响,结果显示,APXS将工作在显著的变温过程中。相对恒温过程,APXS在变温过程中的能量分辨率明显变差。为了消除该温度效应的影响,提出了一种基于皮尔逊卡方检验(Pearson’s chi-squared test)的修正方法,能够有效提高变温过程中的能量分辨率。通过温度循环试验中变温阶段的数据对该方法进行了测试,结果表明,该方法具有很好的修正效果和较高的可靠性。     

基于地面试验的嫦娥五号月球矿物光谱分析仪数据质量分析

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。