[发明专利]基于火星尘卷风产率的火星着陆点确定方法及系统

说明书

本公开提出了基于火星尘卷风产率的火星着陆点确定方法及系统，包括：获取同一地区不同时间的高分辨率火星遥感时序影像对；对获取的火星遥感时序影像对进行识别得到火星着陆区新生成尘卷风轨迹；基于上述轨迹获得火星着陆区重叠范围的面积、观测时间间隔及影像对中观测到的新生成尘卷风对象的个数计算尘卷风产率；计算着陆区影像对中，每个火星日新生成的尘卷风对象轨迹的覆盖面积，然后计算在每个火星日新生成尘卷风轨迹面积的基础上，覆盖整个着陆区面积范围需要的火星日天数，即火星车太阳能帆板清洁周期；基于尘卷风产率及火星车太阳能帆板清洁周期确定火星着陆点。为火星成功着陆后续的火星车巡视任务选择最优清洁周期的着陆和巡视区域。

技术领域

本公开属于行星遥感和行星气象学技术领域，尤其涉及基于火星尘卷风产率的火星着陆点确定方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

火星是太阳系中与地球最类似的星体。如果太阳系存在地外生命，那么火星可能性最大。火星的遥感和就位探测对水源和生命痕迹搜寻具有深远影响，开展火星探测任务具有重大战略意义。

由于火星距离太阳较远，可利用的太阳辐射较少，这限制了火星车太阳能帆板的发电能力。另外，火星上气候干燥、多沙尘天气，这对采用太阳能供电的火星车是很大的挑战，一旦太阳能电池板被尘土覆盖，火星车的电力输出会持续下降，火星车就会因为缺电而陷入休眠状态，甚至可能永久无法唤醒。比如，随着火星尘暴沉降的灰尘逐渐积累，“旅居者号”火星车太阳能帆板上积累的灰尘面积约为每火星日0.28％，其每火星日输出功率下降约0.29％。因此，能源消耗不足是火星车无法进行正常探测任务的主要原因。后序的“勇气号”火星车工作的2000多个火星日中，通过目视检查太阳能帆板以及校准目标上的灰尘量，发现了三次太阳能帆板的“清洁事件”，即帆板上的灰尘量减少使其功率大幅上升。火星车太阳能帆板的清洁事件与火星表面尘卷风的形成和经过的路径密切相关。在NASA“洞察号”探测器工作的220个火星日中，其搭载的压力传感器约检测到1000个深度超过0.5Pa的突发压降事件，这些事件与对流涡旋相对应。在其工作的第65个火星日，一个9Pa的压降经过着陆器，压降发生的同时能够对应记录到能量系统也增加大约1％的太阳能，说明太阳能帆板的“清洁事件”与尘卷风的形成是对应的，其发生的时间时刻与压力传感器测得的压降时刻是一致的。因此，研究尘卷风的产率进而评估火星车太阳能帆板清洁周期对延长火星车探测任务的寿命具有重要意义。

此外，尘卷风对火星的气候系统和物质循环过程也非常重要，可能对大气尘埃循环和全球天气模式产生重大影响，火星大气层中太阳辐射与尘埃之间的相互作用会影响火星大气层和气候的发展。因此，了解尘卷风的产率和分布等特征有利于了解和研究火星的气候变化。火星大气中的灰尘含量是火星大气循环模型中的重要参数，以此建立可靠的大气模型对于探测器成功登陆火星至关重要，可有效提高探测器的着陆精度和成功率。另有研究表明尘埃可以用作火星气象学和火星尘埃循环的探源，尘卷风产生的高电场会触发放电的形成，这会使尘埃中存在的氯化物矿物挥发并将气态金属氯化物带入大气。而且尘卷风与风速的快速变化有关，因此它可以通过增加表面摩擦速度来诱导盐碱化。这表明尘卷风的研究不仅对火星气候的研究具有重要意义，而且对火星物质循环的研究也具有重要意义。

因此，火星着陆之前需要开展着陆区的尘卷风对象预先研究，来提取不同位置的尘卷风产率并计算该位置对应的太阳能帆板清洁周期，同时也为火星车后续开展综合的气候和物质循环研究提供重要参数。而之前的火星任务在着陆器着陆前和着陆后的火星车巡视任务的实现过程中主要存在以下三个问题：

(1)现有技术评价和选择火星着陆区时只考虑气象(尘暴)和形貌(起伏，纬度，岩石丰度和粗糙度)等因素，忽视了着陆区的尘卷风对象对火星车太阳能帆板的清洁作用，对延长火星车巡视任务的寿命具有重要意义。