表层穿透雷达在月球和深空探测中的应用
发布时间：2021-08-19 15:01
对月球以及更远天体或者空间环境的探测是人类航天活动的重要方向。开展月球和深空探测有利于研究太阳系起源、演化与现状,以及生命起源与演变等重大科学问题,有利于催生基础性、前瞻性的学科与技术。相比光学探测方法,雷达具有强穿透性、极化特性以及不受光照限制等优势,是探测天体特性的有效手段之一,在月球和深空探测中发挥了重要作用。电磁波能够穿透几米到几千米的次表层,可用于探测月球和深空目标的表层介电常数、次表层结构、电离层及水冰等。按照探测方式的不同,表层穿透雷达探测主要包括地基雷达、环绕器雷达及巡视器雷达3种方式。针对不同的科学目标,不同的探测方式具有各自的优势和不足。回顾了表层穿透雷达在月球、火星以及小行星等探测中的科学应用,总结了已经投入使用以及计划中的各种雷达科学载荷的探测任务、参数设计、工作原理和探测结果,展望了在未来利用表层穿透雷达进行月球和深空探测的发展趋势。
【文章来源】：天文研究与技术. 2020,17(04)CSCD
【文章页数】：21 页
【部分图文】：
地基雷达工作原理图[3]
表1 表层穿透地基雷达的参数Table 1 Parameters of ground-based surface penetrating radar Name Country Diameter/m Frequency/MHz Power Arecibo America 305 430, 2 380 1 MW GSSR America 70 8 560 500 kW GBT America 100 50 000 1 MW LOIS Sweden (Array antenna) 10～240 500 kW地基雷达最早于1946年用于月球探测,文[3]利用地基雷达研究了月面撞击坑以及雨海盆地的岩浆流[3]。随着光学探测技术的不断发展进步,在月球光照充足的区域,地基雷达探测已经被光学探测替代,研究重心转向了光照条件差的两极阴影区[3]。2008年,美国国家航空航天局利用金石地基雷达获得了比月球环绕卫星克莱门汀分辨率高50倍的月球南极地形图。文[14]利用阿雷西博雷达数据,结合月球钛铁含量,反演得到了月球介电常数分布及月球正面的月壤厚度分布。地基雷达也广泛应用于火星、金星、水星及小行星的探测[3]。研究人员从开普勒望远镜发现的1 235颗潜在类地行星中精选出86颗,作为绿岸雷达系统的观测对象,将在探索地外生命及宜居星球方面发挥重要作用。
阿波罗月球探测仪工作在主频为5 MHz,15 MHz及150 MHz 3个频段,工作原理如图3。阿波罗月球探测仪发射的电磁波穿透月球表层与次表层,当遇到月球表面以及月球次表层内不连续的分界面时,产生回波信号并由接收天线接收。通过分析回波信号,可以获得月球次表层的地质结构信息。1973年,文[18]利用阿波罗月球探测仪数据分析得出月球次表层探测的最大深度约为1 km。阿波罗月球探测仪在澄海地区观测到两个几乎连续的反射层,在危海观测到一个反射层[6,18]。图4及图5分别为阿波罗月球探测仪在月球正面及背面部分区域获得的次表层结构剖面图。图4 阿波罗月球探测仪获得的月球次表层结构[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国深空测控网现状与展望[J]. 吴伟仁,李海涛,李赞,王广利,唐玉华. 中国科学:信息科学. 2020(01)
[2]中国月球与深空探测有效载荷技术的成就与展望[J]. 孙辉先,李慧军,张宝明,周昌义,薛长斌,朱岩,徐欣锋,李俊,杜庆国. 深空探测学报. 2017(06)
[3]深空地基探测雷达的发展现状与建议[J]. 李新胜. 现代雷达. 2017(08)
[4]俄罗斯联邦2016-2025年航天计划基本内容[J]. 周生东,王永生. 国际太空. 2017(05)
[5]火星环绕器次表层探测雷达发展综述[J]. 张洪波. 探测与控制学报. 2016(06)
[6]雷达对火星次表层的探测与研究现状[J]. 肖媛,苏彦,戴舜,封剑青,丁春雨,邢树果,李春来. 天文研究与技术. 2017(02)
[7]2016-2030年中国空间科学发展规划建议[J]. 吴季,孙丽琳,尤亮,曹松,白青江,邹永廖,张伟. 中国科学院院刊. 2015(06)
[8]美国深空探测的战略规划及未来趋势研究(上)[J]. 伍晓京,张扬眉. 国际太空. 2015(10)
[9]雷达探测技术在探月中的应用[J]. 丁春雨,封剑青,郑磊,戴舜,邢树果,肖媛,苏彦. 天文研究与技术. 2015(02)
[10]深空探测发展与未来关键技术[J]. 吴伟仁,于登云. 深空探测学报. 2014(01)
本文编号：3351629
【文章来源】：天文研究与技术. 2020,17(04)CSCD
【文章页数】：21 页
【部分图文】：
地基雷达工作原理图[3]
表1 表层穿透地基雷达的参数Table 1 Parameters of ground-based surface penetrating radar Name Country Diameter/m Frequency/MHz Power Arecibo America 305 430, 2 380 1 MW GSSR America 70 8 560 500 kW GBT America 100 50 000 1 MW LOIS Sweden (Array antenna) 10～240 500 kW地基雷达最早于1946年用于月球探测,文[3]利用地基雷达研究了月面撞击坑以及雨海盆地的岩浆流[3]。随着光学探测技术的不断发展进步,在月球光照充足的区域,地基雷达探测已经被光学探测替代,研究重心转向了光照条件差的两极阴影区[3]。2008年,美国国家航空航天局利用金石地基雷达获得了比月球环绕卫星克莱门汀分辨率高50倍的月球南极地形图。文[14]利用阿雷西博雷达数据,结合月球钛铁含量,反演得到了月球介电常数分布及月球正面的月壤厚度分布。地基雷达也广泛应用于火星、金星、水星及小行星的探测[3]。研究人员从开普勒望远镜发现的1 235颗潜在类地行星中精选出86颗,作为绿岸雷达系统的观测对象,将在探索地外生命及宜居星球方面发挥重要作用。
阿波罗月球探测仪工作在主频为5 MHz,15 MHz及150 MHz 3个频段,工作原理如图3。阿波罗月球探测仪发射的电磁波穿透月球表层与次表层,当遇到月球表面以及月球次表层内不连续的分界面时,产生回波信号并由接收天线接收。通过分析回波信号,可以获得月球次表层的地质结构信息。1973年,文[18]利用阿波罗月球探测仪数据分析得出月球次表层探测的最大深度约为1 km。阿波罗月球探测仪在澄海地区观测到两个几乎连续的反射层,在危海观测到一个反射层[6,18]。图4及图5分别为阿波罗月球探测仪在月球正面及背面部分区域获得的次表层结构剖面图。图4 阿波罗月球探测仪获得的月球次表层结构[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国深空测控网现状与展望[J]. 吴伟仁,李海涛,李赞,王广利,唐玉华. 中国科学:信息科学. 2020(01)
[2]中国月球与深空探测有效载荷技术的成就与展望[J]. 孙辉先,李慧军,张宝明,周昌义,薛长斌,朱岩,徐欣锋,李俊,杜庆国. 深空探测学报. 2017(06)
[3]深空地基探测雷达的发展现状与建议[J]. 李新胜. 现代雷达. 2017(08)
[4]俄罗斯联邦2016-2025年航天计划基本内容[J]. 周生东,王永生. 国际太空. 2017(05)
[5]火星环绕器次表层探测雷达发展综述[J]. 张洪波. 探测与控制学报. 2016(06)
[6]雷达对火星次表层的探测与研究现状[J]. 肖媛,苏彦,戴舜,封剑青,丁春雨,邢树果,李春来. 天文研究与技术. 2017(02)
[7]2016-2030年中国空间科学发展规划建议[J]. 吴季,孙丽琳,尤亮,曹松,白青江,邹永廖,张伟. 中国科学院院刊. 2015(06)
[8]美国深空探测的战略规划及未来趋势研究(上)[J]. 伍晓京,张扬眉. 国际太空. 2015(10)
[9]雷达探测技术在探月中的应用[J]. 丁春雨,封剑青,郑磊,戴舜,邢树果,肖媛,苏彦. 天文研究与技术. 2015(02)
[10]深空探测发展与未来关键技术[J]. 吴伟仁,于登云. 深空探测学报. 2014(01)
本文编号：3351629
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/3351629.html
