日本月亮女神月球探测器在顺利完成各项探测任务后,于北京时间2009年6月11日受控落月。该探月计划在一箭三星组网探测月球背面重力场、有效载荷创新设计、科研活动组织、成果产出、公众参与和科普宣传等方面有许多亮点,对我国探月工程有重要参考价值。文章综合回顾、分析和评述了月亮女神探月计划的任务、探测器、轨道与飞控、重要事件等,提出了对月球和深空探测的6点思考:1)我国探月工程需要体现中国特色,获得创新性科学成果;2)月球与深空探测中科学目标的地位十分重要;3)月球与深空探测要敢于采用新材料、新技术;4)对月球与深空探测要宽容失败和挫折;5)要加快我国月球与深空探测的发展步伐;6)要更加重视公众参与和激励创新。以上思考可对我国月球与深空探测工程的进一步开展有所启示和借鉴。

基于月球探测器离地面较近的特点和差分VLBI技术可以消除部分非几何延迟的优势,采用差分VLBI技术对月球探测器进行观测,推导具体可行的定位模型,并分析模型中可估计的地月大地测量参数序列。

同波束VLBI通过同时观测两个探测器的多点频信号,可以得到两个探测器之间高精度的差分相位时延,日本月球探测计划SELENE充分体现了这一技术在月球探测器精密定轨中的贡献。本文针对采样返回的月球探测任务中,轨道器和返回器同时绕月飞行期间,研究利用同波束VLBI跟踪数据在探测器精密定轨和月球重力场仿真解算中的贡献。结果表明,加入同波束VLBI跟踪数据之后,探测器定轨精度有显著提高,改进超过一个量级。综合同波束VLBI跟踪数据解算得到的重力场模型相比于传统的USB双程测距测速数据,中低阶次位系数精度有明显改进,并且定轨精度有望能达到米级。

2008年12月6日"嫦娥一号"卫星开始了为期半个月的变轨试验,卫星距离月球表面最近处约为15km,这在国内尚属首次。试验期间,国内USB和VLBI测控网进行了跟踪测量,获取了卫星不同飞行高度的测轨资料。通过对变轨试验期间的USB和VLBI测量数据的定轨计算,分析了月球重力场误差对于绕月低轨卫星的影响,计算表明,尽管目前的月球重力场模型高阶项由于没有月球背面的测量数据而不准确,但对绕月低轨卫星的定轨精度提高仍然有重要帮助。分析了VLBI数据对绕月低轨卫星定轨的贡献,比较了USB数据单独定轨以及USB和VLBI联合定轨两种情况,结果表明VLBI数据的加入可有效提高定轨精度。该工作对于我国后续月球探测工程具有一定的借鉴意义。

多频点同波束VLBI技术即用射电望远镜的主波束同时观测角距很小的两个探测器,据此得到两个探测器在两个测站间的误差为皮秒量级的差分相位时延.作为同波束VLBI基本观测量的差分相位时延从本质上来说反映了两个探测器在天球上的角距信息.利用我国4个VLBI测站得到的差分相位时延数据,可实现月球车和着陆器在3.8×105km处的天球切平面上的2维精密相对定位,其相对定位误差应优于1m.在得到误差10m的着陆区月面地形图后,利用多频点同波束VLBI差分相位时延和着陆器测距数据,有望实现误差10m的月球车在月面上的精密相对定位.

"嫦娥一号"为我国的深空探测拉开了序幕,高端的VLBI以及SVLBI技术在我国探测器定位领域中的地位是其他技术无可取代的。以VLBI技术为基础,分别列出利用地面VLBI和空间VLBI观测量两种观测确定月球探测器位置的理论模型,并整理得到间接平差的误差方程。

针对深空探测备受关注的背景,探讨了空间VLBI技术对月球大地测量参数的可估性,重点分析了不同参考系下的坐标转换问题和月球大地测量参数的估计结果,为解算月球大地测量参数提供了理论基础。

国外深空探测活动的实践表明:深空探测器在整个飞行过程中要进行多次轨道控制才能实现其使命轨道。以我国嫦娥一号(Chang’e-1)探月卫星轨道为例,对探月卫星进行月球制动捕获所需脉冲速度增量ΔV进行了分析,通过仿真计算指出ΔV最小达到约200 m/s,即可保证制动后卫星飞行轨道的远月点在地月系统作用范围内。针对捕获制动过程,参考国外经验并结合我国现有测定轨设备及方法的实际条件,分析了通过监视多普勒测速和VLBI时延率残差变化的趋势进行轨道控制效果评估方法的可行性。