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嫦娥七号月表尘埃探头地面定标方法与试验

李存惠 庄建宏 王鹢 崔泽成 汪加洁 宗朝 魏永强 张海燕

李存惠, 庄建宏, 王鹢, 崔泽成, 汪加洁, 宗朝, 魏永强, 张海燕. 嫦娥七号月表尘埃探头地面定标方法与试验[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0116
引用本文: 李存惠, 庄建宏, 王鹢, 崔泽成, 汪加洁, 宗朝, 魏永强, 张海燕. 嫦娥七号月表尘埃探头地面定标方法与试验[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0116
LI Cunhui, ZHUANG Jianhong, WANG Hu, CUI Zecheng, WANG Jiajie, ZONG Chao, WEI Yongqiang, ZHANG Haiyan. Ground Calibration Method and Experiments of Lunar Surface Dust Sensor in Chang’E-7 Mission (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2026, 46(2): 1-9 doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0116
Citation: LI Cunhui, ZHUANG Jianhong, WANG Hu, CUI Zecheng, WANG Jiajie, ZONG Chao, WEI Yongqiang, ZHANG Haiyan. Ground Calibration Method and Experiments of Lunar Surface Dust Sensor in Chang’E-7 Mission (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2026, 46(2): 1-9 doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0116

嫦娥七号月表尘埃探头地面定标方法与试验

doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0116 cstr: 32142.14.cjss.2025-0116
基金项目: 中国科协青年人才托举工程项目资助(YESS20230523)
详细信息
    通讯作者:
    • 李存惠 男, 1984年9月出生于甘肃省白银市, 现为兰州空间技术物理研究所研究员, 主要研究方向为空间环境类探测载荷的研制以及空间就位探测科学数据分析等. E-mail: 187396610@qq.com
  • 中图分类号: P184.5

Ground Calibration Method and Experiments of Lunar Surface Dust Sensor in Chang’E-7 Mission

  • 摘要: 嫦娥七号探测器将在月球南极区域的艾特肯盆地着陆, 开展月球南极月表环境的综合探测与研究. 其中月表尘埃探头将对极区撞击坑附近自然悬浮的尘埃粒径、速度以及累积质量通量等关键特性参数进行原位测量. 为实现高精度的科学探测, 开展了系统的地面定标试验. 其中粒径定标采用单颗粒自由落体方法, 结合中性滤波片等效测试方案, 实现了1~5000 µm粒径范围的覆盖. 试验结果显示, 粒径反演误差不超过17%. 速度定标通过自由落体颗粒在不同高度下的飞行时间测量, 测速误差在13%以内. 通量定标采用溶液滴定法获得了石英晶体微量天平的质量灵敏度, 三方向质量灵敏度均在10–9 g·Hz–1·cm–2量级, 线性度良好, 同时建立了温度–频率修正曲线, 以支持在轨数据的归一化处理. 定标结果表明, 尘埃探头各项性能指标满足月球南极极端环境下的探测需求, 所建立的定标方法和反演模型为后续在轨科学数据的解译提供了可靠依据.

     

  • 图  1  尘埃探头的系统组成

    Figure  1.  Schematic diagram of Chang’E-7 lunar dust probe structure

    图  2  尘埃探头光路设计

    Figure  2.  Optical design for Chang’E-7 lunar dust probe

    图  3  嫦娥七号尘埃探头月尘粒径地面定标方案

    Figure  3.  Ground calibration of size and speed measurements for Chang’E-7 lunar dust probe

    图  4  SiO2 和ZrO2颗粒的等效法测试结果

    Figure  4.  Validation results of equivalent method with SiO2 and ZrO2 spherical particles

    图  5  SiO2 和ZrO2定标测试结果与理论散射曲线和拟合曲线的对比

    Figure  5.  Comparisons of experimental results with theoretical scattering curves and fitting results for SiO2 and ZrO2 spherical particles

    图  6  三个方向QCM的灵敏度标定曲线

    Figure  6.  Sensitivity calibration curves for QCM in three directions

    图  7  三个方向QCM的温度–频率曲线

    Figure  7.  Temperature-frequency curves of QCM in three directions

    表  1  尘埃探头主要探测指标

    Table  1.   Detection indicators of Chang’E-7 lunar dust probe

    指标名称测量范围
    尘埃累计质量 / (g·cm–2)1×10–9~3×10–4
    尘埃粒径 / μm1~5000
    尘埃速度 / (m·s–1)0.01~500
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    表  2  实验室标准条件下尘埃探头定标测试各信号通道粒径探测范围

    Table  2.   Diameter measurement range of 4 signal channels in calibration tests of lunar dust probe under standard conditions in the laboratory

    颗粒材料探测范围 / µm
    第一通道第二通道第三通道第四通道
    SiO2230~50008~5006~2124~84
    ZrO2100~30003.6~1403~1162~32
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    表  3  尘埃探头实验室定标测试各通道粒径反演的拟合系数

    Table  3.   Fitted parameter of retrieval deviation of all channels in calibration test of lunar dust detector

    颗粒材料二次拟合式一次拟合式
    a1a2a3a4b1b2b3b4kb1
    SiO22.33.253.223.5796540187962947235296540
    ZrO28.3714.8315.4222.2396540187962947755796540
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    表  4  尘埃探头实验室定标测试各通道粒径探测结果的平均反演误差

    Table  4.   Averaged diameter retrieval deviation of all channels in calibration test of lunar dust detector

    颗粒材料粒径反演平均误差 / (%)
    第一通道第二通道第三通道第四通道
    SiO29.3613.4113.5216.65
    ZrO25.5014.8115.6614.66
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    表  5  不同自由落体高度下SiO2颗粒速度的定标测试结果

    Table  5.   Results of free-fall speed of SiO2 spherical particles at different heights

    自由落体高度 / mm30405060
    理论速度 / (m·s–1)0.7830.9001.0031.096
    测量速度均值 / (m·s–1)0.8820.9981.0811.156
    相对误差 / (%)12.6910.847.735.43
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-14
  • 修回日期:  2025-10-15
  • 网络出版日期:  2025-12-31

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