西电《光电检测》之7-接收机

月球侦察轨道器（LRO）任务概览GordonChin项目科学家，NASA戈达德航天飞行中心（GSFC）第8次国际月球探测与利用大会，2006年7月21日于中国北京LRO是美国空间探索展望实施的第一个任务通信轨道器/着陆器机动着陆器漫游车其它表面系统开发通信轨道器通信轨道器第7次载人着陆着陆架次月球着陆试验试验初步设计评审初步设计评审关键设计评审货运火箭先进技术计划月球表面着陆先进技术计划•LRO支持探索目标·LRO是一项探测系统任务署（ESMD）的任务·与科学任务署（SMD）不同，SMD从事的是科学驱动任务•有关在2012年以后开始实施“现场资源利用”（ISRU）和机器人任务的决定将取决于LRO和其它任务的结果LRO的主要探测目标•为什么选两极和到什么地方？·如何找到路线？·目前最好的地图分辨率不到4km·着陆安全吗？·需要高分辨率图像·需要高分辨率地形图·确切地点在哪里？·许多候选地点·我们着陆的地方是什么样子？·永久阴影区·永久光照区·表面下有冰·表面有冰池·辐射如何影响人类•月球全球图片·图像、资源以及全球重力场LRO采用了大量高度互补的技术仪器导航/着陆点安全性资源定位空间环境生命新技术CRaTER宇宙射线望远镜，用于研究辐射影响DLRE预测者月球辐射计实验装置LAMP赖曼阿尔法测绘项目LEND月球探测中子探测器LOLA月球轨道器激光高度表LROC月球侦察轨道器相机Mini-RF技术演示·岩石丰富·斜坡·地形/岩石丰富·大地测量·岩石危险性·小月坑·温度·矿物学·表面冰·对暗月坑成像·亚表面氢增强·氢增强定位·模拟光照条件·月坑地形·表面冰反射率·极区照射电影·矿物学·高能辐射·辐射对人体组织的影响·中子辐射环境·S波段和X波段合成孔径雷达演示LRO轨道器由GSFC自己建造全向天线全向天线仪器舱高增益天线组件天线电子设备舱三板太阳阵组件推进舱LRO轨道器特性质量（目前最佳估计）1706kg干重：809kg燃料：897kg轨道平均平台功率681W(Beta0,S&Kaxmit测量数据容量，最大下行速率572Gb/天，100Mb/s指向精度，知识60，30弧秒LRO任务概览发射：2008年10月31日最小能量月球转移～4天月球轨道进入程序，4次机动，2～4天调试阶段，30×216km高度准冻结轨道，多达60天极区测绘阶段，50km高度圆轨道，至少1年额定任务终止时间：2010年2月LRO地面段概览S波段指令/遥测S波段系统S波段指令/遥测S波段指令/遥测Ka波段遥测S波段站点遥测/指令CFDP控制和状态(WS1)激光测距激光测距WS1地面站Ka波段系统S波段系统主站USN-4个站点备份（深空网）站状态包存储文件(测量和勤务)任务产品空间通信网跟踪数据采集数据航天器遥测飞行动力产品任务产品飞行动力学设施轨道确定机动规划图例延迟/处理后链实时链LRO地面系统LRO科学数据系统HK遥测HK遥测HK遥测HK遥测HK遥测HK遥测任务产品任务产品任务产品任务产品任务产品任务产品任务产品行星数据系统（PDS）测量产品测量产品测量产品测量产品测量产品测量产品任务操作中心测控系统ITOS/CFDP·遥测监视·指令管理·自动操作·CFDP处理任务规划·规划日常事件·形成事件计划·生成日常载荷·显示短长期规划事件·网络可浏览时间线监视/异常系统·监视地面系统部件·寻呼/通知系统·异常跟踪系统趋向系统·摄入原始数据·确定数据点趋向·产生图表和报告·遥访问数据管理系统·文件跟踪系统·发布测量数据·发布任务产品·中央存储系统·可访问所有系统·短长期存储姿态确定·处理航天器姿态遥测·制订回转计划和实施约束检查·验证姿态性能LRO典型标称轨道操作发射早期巡航调试标称任务延期任务任务结束长达2个月12个月长达4年第1周第2周第3周第4周动量管理位置保持动量管理仪器校准轨道1轨道2轨道3轨道4轨道5轨道6轨道7轨道8轨道9轨道10轨道11轨道12HV下降HV上升~0.8kbps高达90kbps（耀斑）~0.2kbps（无耀斑）阴影~28min月极月极阳光~56.5min阴影~28minLRO的重点放在月球两极7天轨道地面跟踪预测北极LRO的重点放在月球两极27天轨道地面跟踪预测北极导航：月球轨道器激光高度表（LOLA）将提供准确的全球月球参考系统·LOLA将获得横向~50m（点-点）/径向0.5到1m的准确基面-目前的精度为全球~4km·LOLA是一种大地测量工具，利用一个框架（栅格）为所有LRO测量导出精确的观测地物指向-测量从LRO到表面的距离-纵向和横向轨迹有5个激光点-测量激光覆盖区内高程分布-增强表面反射率（表面可能有水冰）轨道差别轨道交叉定位半径变化PASS1PASS1+N在赤道时出现约横距1km和纬度3度的交叉月球轨道器激光高度表(LOLA)概览·LOLA测量：—到月球表面的距离（脉冲飞行时间）±10cm（平坦表面）—月球表面反射率（Rx能量/Tx能量）±5%—表面粗糙度（激光脉冲扩散）±30cm·激光脉冲率28Hz，5个点→1年在月球上40亿次发射激光器探测器（5个）（2个在反面）辐射器波束放大器接收机望远镜LOLA观测模式·LOLA是一个70米幅宽的高度表（探测器的视场），提供10到15米间距的5个剖面和~15米的纵向轨迹采样·LOLA给刈幅标上高程、斜度和表面粗糙度以及亮度·像素定位知识确定地图分辨率着陆点安全性：LROC窄角相机（NAC）将提高着陆器比例尺测绘分辨率·NAC的图像分辨率是目前最好数据的25倍—目前最好的图像能分辨出25m的地物，NAC将分辨出1m的地物·NAC的0.5m/像素极区拼图将被处理成103块。归档时间约为30天。·LROC图像将被装入LOLA的改进型大地测量系统中。NAC极区拼图块~15km×30km，包括近20亿像素月球侦察轨道器相机（LROC）·广角相机（WAC）参数—光学设备（2个镜头）：f/5.1可见光，f/8.7紫外·有效焦距6mm·视场90°，瞬时视场100m/像素·刈幅100km·调制传递函数MTF（Nyquist）0.5—电子设备：4个电路板·柯达公司的KAI-1001探测器·像素格式1024×1024·噪声30e-·窄角相机（NAC）参数—光学设备：f/4.5Maksutov·有效焦距700mm·视场2.86°(2个5.67°)，瞬时视场0.5m/像素·刈幅5km·调制传递函数MTF（Nyquist）0.15—电子设备·柯达公司的KAI-5001G探测器·像素格式1×5000·噪声100e-·A/D转换器AD9842A·ActelRT54SX32-S可编程逻辑器件（FPGA）着陆点安全性：LOLA也将提供高分辨率地形图·LOLA的5m点间隔是18m；而目前的间隔是~50m·局部面积104km2，有适度的斜坡，表面地形精度将是10到20cm·30度的斜坡表面上精度将达~30cm·LOLA可以跟踪65度的斜坡表面一年后，LOLA在Shackleton月坑附近10km×10km的区域内获得106个高程、粗糙度和亮度观测结果，提供一幅数字高程地图（DEM）资源定位：永久阴影区（PSR）和永久光照区（PIR）·LOLA地图可能模拟不同的光照条件以识别PSR和PIR—再现地质时代·NAC极区图像将以0.5m/像素的分辨率标明着陆点的光照条件·WAC观测结果（100m/像素）提供极区光照电影—每条轨道生成一个电影帧—完成从88°到极点每次观测的重叠—WAC还生成彩色全球拼图火星轨道器激光高度表（MOLA）的火星南极模拟光照图像Clementine的高分辨率图像，50m/像素LEND科学概览和工作理论热和超热中子快中子宇宙射线非弹性碰撞中子捕获天然放射性快中子缓和水冰层厚度(cm)正常计数率正比计数器Stilben晶体LEND准直探测器CSET1-4和SHEN以较高的角分辨率探测超热中子和高能中子，以测试表面水冰的沉积超热中子高能中子资源确定：LEND测量确定氢含量·LEND把确定高氢浓度区的空间分辨率从140km提高到10km·LEND的覆盖区比感兴趣的永久阴影区小·提高了冷点测量的灵敏度·可以用于站点选择白色区域表示根据地面雷达确定的和“月球勘测者”的氢浓度得出的永久阴影区资源确定：“预测者”热特征·“预测者”将表明月球全球热环境特征—岩石丰度—测绘冷带位置—评估月球可挥发物的可能性·“预测者”的数据与LOLA地形数据、LROC的光照数据以及模型相结合—直接测量日温度变化Ｃlementine长波红外白天热图像（200m／像素）水冰在温度低于100K时，稳定不升华Clementine长波红外最小可探测温度LRO”预测者”最小可探测温度午后小时数温度，K“预测者”概览·与喷推实验室为火星侦察轨道器（MRO）研制的火星气候探测仪（MCS）仪器极其相似·9通道红外辐射计，40～100K温度范围·21像素连续推扫测绘，~300m空间分辨率，3.15km幅宽（50km高度）·用于非天底观测和校准的方位和高低指向高低旋转轴方位旋转轴黑体校准目标校准望远镜·赖曼阿尔法测绘项目（LAMP）具有诊断紫外吸收特性，以确定月面上的纯水冰—水霜在1600埃附近有较宽的紫外吸收资源确定：LAMP可以看到表面冰和黑暗的月坑°A波长（埃）反射率%偏带水反射率带内·对永久阴影区利用周围的紫外照射以~500m分辨率成像LAMP仪器概览高压电源望远镜镜面低压电源指令和数据处理电子设备探测器电子设备狭缝双延迟线探测器电路板光电二极管月球晨昏线传感器（LTS）光栅望远镜入射孔径LAMP（带LTS）：5.3kg,4.6W0.2°-6.0°狭缝520-1800埃通带20埃点源光谱分辨率什么时候是安全的？几乎从来没有·银河系宇宙射线（GRC）通量水平较低但是连续的，对太阳周期依赖性不高·剧烈的太阳高能粒子（SEP）（10MeVp+）偶尔会出现，并差不多伴随着太阳周期·SEP事件的出现在银河系宇宙射线通量较弱时随太阳周期反相变化SEP事件太阳安静期空间环境中的生命·CRaTER将测量组织等效物质后面的线性能量转移（LET）光谱—LET光谱是联系银河系宇宙射线和太阳高能粒子与潜在的组织破坏所缺少的一环·LEND通过提供中子辐射环境知识做出贡献月坑仪器配置Mini-RF月球技术演示月船1号月球侦察轨道器（LRO）月船1号LRO在S波段进行拼图成像，以确定和判断月球上的冰层。通信演示部件鉴定在S波段和X波段进行拼图成像，以验证在月球上的冰层发现。X波段通信演示协调的双基站S波段成像，与月船1号和LRO兼容，能够明确地判定月球上的冰层。其它协调技术演示：如测距、交会、重力LRO仪器操作中心LRO数据合成LROC·选定目标2m比例数字高程模型·两极和选定目标1m分辨率拼图·选定目标月坑分布·极区光照电影·全球多光谱地图LOLA·全球数字高程模型，10m垂直分辨率·选定目标和极区25m水平分辨率数字高程模型·选定目标月坑分布·永久阴影区（PSR）反射率数据DLRE·昼夜温度图·选定目标岩石丰度·极区光照地图·全球多光谱地图、热惯量等LEND·全球中子分布图·极区氢密度图，10km分辨率·水冰分布模型LAMP·永久阴影区（PSR）反射率图·水霜浓度图CRaTER·宇宙射线LET光谱·组织等效塑料后面的LET光谱Mini-RF·选定目标的X和S波段图像着陆点选择矩阵着陆椭圆大小b,c,f,n地形a,e斜坡f表面粗糙度e岩石丰度i表面温度h当地资源-光照d,f,j-氢/水g,k,l,m,nLRO数据产品叠加数据集成以支持着陆点选择和具体研究HPERWALL高分辨率可视性VIP陈abcdefghiajklmn·对可能着陆点和具体感兴趣区域进行成像和测绘叠加-二维视图-三维透视图·着陆地点表面情况生成-表面选定点360度全景三维表现·PSR和CIR特征-利用早期的LOLA和LROC数据地面无线电观测提供的最好数字高程模型来生成-提供支持LCROSS·利用极区的昼夜和季节图进行视线瞄准可见性分析-月球表面到地球的视线-月球表面到太阳视线-月球表面点到点·