月球与行星科学多模态大模型的概念及应用初探

自2022年底一系列大型语言模型(大模型)发布以来,以大模型为研究热点的新一代人工智能、(AI)技术在各行各业引起高度重视,随即出现的专业大模型更将重塑千行百业。月球与行星科学领域作为科学技术前沿的代表,建立该领域的专业大模型是今后的必然趋势。本文在多模态大模型的基础上首次提出了月球与行星科学多模态大模型的概念,并从其定义、设计及应用场景等细节展开详细阐述和讨论。模型旨在帮助更多人认识月球并了解月球,同时协助更多学者处理并分析月球与行星数据,促进挖掘月球与行星大数据间的隐式或非线性关系,主动发现并解决未知科学问题,率先推动大数据驱动科学发现这一新的研究范式在行星科学领域落地生根。

利用光照模型的月球勘测轨道器窄角相机南极地区影像快速预筛选方法

针对月球南极地区光照条件复杂、轨道器影像中多阴影、覆盖感兴趣区域(range of interest,RoI)的有效影像筛选困难的问题,提出了一种利用光照模型的月球勘测轨道器(lunar reconnaissance orbiter,LRO)窄角相机(narrow-angle camera,NAC)南极地区影像快速预筛选方法。使用月球南极地区的光照模型计算出LRO NAC影像拍摄时刻下RoI内的入射光照条件,进而通过约束RoI内被影像覆盖并且有光照的总面积,实现无需下载影像数据的LRO NAC影像快速预筛选。对于3个16 km×16 km的RoI,在该文实验环境下,平均处理一幅影像仅需0.005 s,约66.2%的LRO NAC影像被筛除,相比不考虑光照条件的传统预筛选方法多筛除19.6%的影像,证明了该方法的有效性。使用101幅LRO NAC影像对筛选准确率进行检验,仅出现两次错检,没有漏检,检验和筛选的准确率在98%左右,证明了该方法的可靠性。

我国深空探测器减速着陆技术发展

探月工程和行星探测工程推动了我国深空探测器减速着陆技术的发展,形成了以开伞载荷非均衡设计方案、超声速锯齿形盘缝带伞为代表的技术成果。文章从技术指标、系统组成、工作程序、气动减速方案、试验验证等方面,论述了我国探月工程和行星探测工程中深空探测器减速着陆技术的研发及其应用情况,包括探月三期再入返回飞行试验器、嫦娥五号、嫦娥六号及天问一号。展望后续深空探测任务,建议发展大载重群伞减速技术,满足载人登月探测的大载重返回舱回收需求;发展高超声速充气展开装置减速技术和低密度超声速大载重减速技术,满足火星取样返回任务低密度环境下大载重减速需求;发展适用于极端环境的地外天体长航时漂浮技术,满足金星探测任务大气原位浮空探测需求。

激光角反射器:从月球激光测距到天体探测基础设施

激光测距已成为太阳系内检验等效原理与洛仑兹破缺、测定后牛顿参数与引力常数时变等引力与相对论物理学研究的强大工具。为此,对激光角反射器在自然天体探测中的应用与发展进行了概述与分析。简单陈述激光角反射器的历史沿革后,首先介绍了数个有待或正在实施的包含激光角反射器部署的天体探测计划。其次,基于激光角反射器与激光测距资料的已有工程经验,描述了激光角反射器在天体探测中承担的科学任务与关键技术问题。最后,以本世纪新一代激光角反射器与收发光源革新为背景,预测了激光角反射器及其激光测距的发展趋势,并针对无人与载人月球探测,对激光角反射器在新阶段天体探测中的使用提出建议。

深空探测任务进展与展望

本文全面综述了国际深空探测任务设计的最新进展,涵盖月球探测、大行星探测及小天体探测领域。月球探测方面,介绍了美国Artemis计划、中国探月工程等地月空间战略布局;大行星探测方面,回顾了水星、金星、火星及木星、土星等外行星的探测历史与现状;小天体探测方面,探讨了其技术难点及科学意义,详述了小行星飞越、环绕、采样和撞击等任务。在此基础上,总结了深空探测任务的启示与发展趋势;结合我国深空探测能力与国际行星科学发展,提出相关任务建议与设想,为我国未来深空探测任务设计提供参考。

人工智能在月面机器人领域的前沿探索综述

随着人类对月球探索的不断深入,对月面机器人智能化和自主性的需求日益增加。为推动其在月球探索、资源利用和科研站建设中的应用,对月面机器人和人工智能技术进行了系统研究。按照月面机器人自主行为、多机器人协作和人机交互三大方面分析了人工智能在行星探测中的研究进展和潜在应用价值。最后,展望了智能化月面机器人的未来发展方向,为行星探测和未来空间探索提供了参考。

行星越障轮式月球车的设计

为提高月球车的越障能力 ,结合月球表面的复杂环境 ,设计了一种行星越障轮式月球车 .该车主要由 3大部件组成 :车架、悬架 (由扭杆弹簧和磁弹簧减振器并联构成 )和行星越障轮 .设计重点在月球车的行驶系统 ,该车不仅在悬架设计上考虑了行驶系统的越障性能———采用了扭杆弹簧和磁弹簧减振器相结合的形式 ,而且在车轮的设计上也考虑到车轮本身的越障能力———采用了行星越障轮 .对该车的行驶系统进行了概述 ,并对行驶性能进行了分析和计算 .结果表明 :该车具有较强的越障能力和灵活的转弯特性 。

模拟月壤可行驶性的离散元数值分析

基于模拟月壤扫描电镜显微照片,建立土颗粒的几何模型,提出不规则形状颗粒群系统的生成策略,构建模拟月壤颗粒间接触的简化本构模型,并利用量纲分析法和双轴压缩试验离散元模拟,建立土宏观力学特性与细观模型参数的关系,结合模拟月壤的三轴压缩试验数据确定离散元模型参数.在月球重力环境下,对轮-土交互作用进行离散元模拟,推导土壤推力的细观表达式,定性分析不同滑转率时土颗粒的动态行为,定量分析模拟月壤的可行驶性.研究结果表明,土壤推力随滑转率的提高而增大;当车轮以高滑转率行驶时,土壤推力相对行驶时间存在瞬态和稳态2个阶段,并且瞬态值高于稳态值.

行星表面巡视探测器遥操作技术研究

行星表面巡视探测器的遥操作,是整个行星遥科学探测过程的重要组成部分。文章首先对遥操作的基本概念和行星表面巡视探测器遥操作的基本特性做了初步的分析,然后对成功发射到月球和火星表面并进行巡视探测的8个巡视探测器进行了归纳与总结,最后对行星表面巡视探测器的遥操作技术进行了总结与展望,并建议在我国首次登陆的月面巡视探测器上采用以遥操作为主,同时设置遥操作加半自主的操作模式。

基于虚拟样机的月球探测机器人运动学建模

为增强月球探测机器人在三维崎岖环境下运动的动态调整能力,采用虚拟样机技术从车轮雅可比矩阵导出了月球车6个车轮的运动学方程。可用最小二乘法从6个车轮的单独雅可比矩阵导出月球车车体的位置和方向,用加速度计测量车体的俯仰角速度和滚动角速度,从而得到月球车的运动速度。仿真结果表明:用该运动学建模方法开发的HIT-1型月球车在崎岖地形中移动时具有动态调整其运动构型的能力,可增强车体的安全性和稳定性;该方法可作为一种通用的三维轮式移动机器人的运动学建模方法。

快速设计月球卫星转移轨道的一种代数法

提出了一种将圆锥曲线拼接法与历表相结合 ,快速设计月球卫星地月转移轨道的方法。此方法是一种无需轨道积分的纯代数计算方法 ,具有速度快、精度高的特点 ,可用于月球卫星转移轨道的初步设计。将初步设计获得的参数作为精确设计的初值 ,能大大缩短精确轨道设计参数的时间。

3种典型的太阳系大行星历表的对比分析

美国DE系列、法国INPOP系列和俄罗斯EPM系列数值星历表是目前公认处于世界领先的3种行星数值历表。计算100 a(1960—2060年)间,3种数值历表中大行星(包含月球)相对地球和相对太阳系质心的位置坐标差分最大值及均方根。结果表明,3种历表对太阳系质心的测量存在百米到公里量级的偏差,EPM2017与其他两个相差较大。考虑相对地心的位置,水星和金星的历表精度在百米量级;火星的历表精度在百米到公里量级;木星和土星的历表精度在几公里到几十公里量级;天王星和海王星的历表精度在几百公里到几千公里量级;月球历表的精度在分米到米量级,其径向距离精度在分米量级。此结果为地月空间科学实验及深空探测应用提供了支持和依据。

行星轮式月球车动力学分析

为减小行星轮式月球车车身在垂直方向的振动加速度,需要确定月球车悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围.因此建立了七自由度月球车的振动系统模型,并给出了月球车振动系统的振动微分方程和频率响应函数的计算方法,在确定月球车的路面输入谱密度的基础上推导了车身在垂直方向位移输出的二阶导数均方根值的计算公式,用Matlab软件编写的计算程序计算了车身在垂直方向位移输出的二阶导数的均方根值,从而确定了悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围.

行星式球磨破碎CLRS-1模拟月壤的粒度分布特征

行星式球磨破碎CLRS-1模拟月壤可以获得与月尘粒度分布相似的模拟物质。该方法具有出料物颗粒直径十分细微、损耗率低、操作条件容易控制的特点。本文探讨了CLRS-1模拟月壤研磨后粒度分布受物料比、研磨时间和组分影响。物料比为1∶1∶2时,细化程度最好;随着球磨时间的延长,CLRS-1模拟月壤的中值粒径下降速度减缓,粒径分布范围不断缩小;研磨时间达到6h,物料达到最细,中值粒径约0.30μm。由于主要组分火山玻璃、斜长石和橄榄石之间在硬度方面存在明显差异,CLRS-1模拟月壤经研磨后的粒度分布呈现双峰模式。

星历模型下地月自由返回全飞行过程轨道设计

面向载人登月任务需要,针对星历模型下具备自由返回能力的地月转移轨道设计问题进行了研究。在三体模型下对地月三维自由返回轨道进行了求解,得到了地月空间内的自由返回轨道分布情况。在二体模型假设下对近月段的三脉冲变轨进行了求解,给出了变平面机动的计算方法。进一步提出了两轮逐次优化修正策略,分别以高度和再入走廊为主要约束,采用内点法和SQP算法在高精度星历模型下对自由返回轨道初值进行逐次优化修正。之后,采用SQP算法在星历模型下对近月三脉冲变轨进行优化修正,得到了星历模型下的自由返回+近月三脉冲变轨地月转移策略。仿真校验结果表明本文提出的方法能够在给定约束下有效求解星历模型下具备自由返回能力的地月转移轨道,为载人登月任务的转移轨道设计提供参考。

基于陀螺和太阳敏感器的月球车定向方法

针对月球探测车采用惯性导航方法进行定向时,航向角参数误差随时间不断累积的缺点,提出了一种天文导航定时修正的月球车自主定向方法。该天文方法首先建立当地地平坐标系,然后通过太阳敏感器观测太阳矢量并由星历计算来推算太阳的方位从而得到月球车的航向信息。仿真实验分析比较了月球车有无误差修正时航向信息的差别。最后通过中国天文年历和月球样车室外实验综合证明了该方法的可行性和有效性。

基于现代天文行星历表的殷卜辞月食记载研究

殷卜辞中有5次纪日月食记载是目前已知的可为殷商时期天文定年的最确凿的资料,夏商周断代工程研究给出了5次殷卜辞月食的发生日期。利用美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)发布的现代天文行星历表DE422,解算这5次月食的主要参数,研究它们在地球表面的可观测情况,进一步确认5次月食在殷都安阳的可视性。研究结果支持夏商周断代工程给出的5次月食的发生日期,并可为殷卜辞月食的深入研究提供一定的参考。

基于可通过性的月面巡视探测器路径规划算法

应用于行星探测车的路径规划算法需要根据地形环境信息和车体的越障能力两方面进行考虑。结合月面巡视探测器移动子系统的通过特性以及地形信息将地图栅格进一步细分，使用了四个安全性指标描述车体静止或运动时的通过性，并将其引入到A^＋D^＋两种规划算法的代价当中，给出了算法的流程，并通过仿真进行了验证。

基于现代天文行星历表的仲康日食研究

关于仲康日食的记载可能是人类历史上最早的一次日食记录,可惜没有记载日食的发生日期。夏商周断代工程研究认为,发生在公元前2043年10月3日、公元前2019年12月6日、公元前1970年11月5日和公元前1961年10月26日的日食都可能是仲康日食的备选者。利用美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)发布的现代天文行星历表,计算了这些仲康日食备选者的日食带分布和夏都斟鄩的见食情况,确认了它们在斟鄩的可视性,结果支持夏商周断代工程给出的备选仲康日食的可能发生时间,并为仲康日食的深入研究提供一定的参考。

太阳系行星和月球历表的发展

简述目前太阳系行星和月球历表编制和发布概况,以满足科学研究需求。介绍几个世纪以来在行星和月球历书(也包括几万年长历书)编制过程中采用的3种方法:分析和半分析、数值积分和频谱分析方法,以及历表给出的格式和精度估计。描述当前常用的3个系列现代高精度行星和月球历表:DE、EPM和INPOP历表的共同特征,如行星相互作用的动力学方程、观测资料(光学和射电)的作用,及其不同点。介绍中等精度长间距历书编制情况,其有助于研究地球轨道偏心率、岁差和黄赤交角与古气候、古地质、古天象研究的关系;特别给出在几百万年历书编算中,长期岁差推算的变化。最后,介绍我国开展此项工作的情况,并提出开展此工作的几点建议。