Scientific Objectives and Suggestions on Landing Site Selection of Manned Lunar Exploration Engineering

doi:10.3873/j.issn.1000-1328.2023.09.002

Abstract

Abstract:

Focusing on cutting-edge scientific issues related to lunar exploration and applications, 9 overarching goals and 38 specific objectives for manned lunar exploration program have been proposed, leveraging China’s technical capabilities in manned spaceflight and lunar exploration, as well as its expertise in lunar and planetary science, the objectives center on scientific research, lunar-based scientific research, and resource exploration and utilization. Based on these scientific goals and trends in domestic and international manned lunar exploration landing site selection, basic principles and processes for selecting landing sites have been established. Thirty prime landing sites have been identified, and relevant factors considered in the further selection of landing sites are given, taking into account scientific value and engineering implementation conditions. These scientific objectives and landing site selection recommendations will serve as important guidance and top-level input for the design and implementation of manned lunar exploration program.

Key words: Manned lunar landing, Lunar exploration, Scientific objectives, Landing site selection

CLC Number:

NIU Ran, ZHANG Guang, MU Lingli, LIN Yangting, LIU Jianzhong, BO Zheng, DAI Wei, ZHANG Peng. Scientific Objectives and Suggestions on Landing Site Selection of Manned Lunar Exploration Engineering[J]. Journal of Astronautics, 2023, 44(9): 1280-1290.

Figures/Tables 7

References 49

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序号	任务	国家/组织	科学与技术目标
1	嫦娥六号	中国2022—2024	月背样品采集与返回
2	VIPER	NASA 2023	月球极区巡视探测与极区科学研究,特别是挥发分的探测
3	LUPEX	JAXA/ISRO 2023/24	极区着陆与巡视探测;极区科学探测以及挥发分分布和特征
4	月球-26	俄罗斯国家航天集团2024	验证极区科学轨道器以及极区挥发分制图
5	月球-27	俄罗斯国家航天集团2025	极区科学探测以及挥发分勘探和采样;验证钻取技术
6	EL3-ISRU DM	ESA 2027/2028	月球原位月壤端对端氧气提取
7	月球-28	俄罗斯国家航天集团2027	低温极区挥发分物样品返回
8	嫦娥七号	中国2023—2030	极区着陆与探测
9	嫦娥八号	中国2023—2030	国际月球研究站(ILRS)的基础型
10	韩国月球着陆器	KARI 2030	技术验证

序号	任务	国家/组织	科学与技术目标
1	嫦娥六号	中国2022—2024	月背样品采集与返回
2	VIPER	NASA 2023	月球极区巡视探测与极区科学研究,特别是挥发分的探测
3	LUPEX	JAXA/ISRO 2023/24	极区着陆与巡视探测;极区科学探测以及挥发分分布和特征
4	月球-26	俄罗斯国家航天集团2024	验证极区科学轨道器以及极区挥发分制图
5	月球-27	俄罗斯国家航天集团2025	极区科学探测以及挥发分勘探和采样;验证钻取技术
6	EL3-ISRU DM	ESA 2027/2028	月球原位月壤端对端氧气提取
7	月球-28	俄罗斯国家航天集团2027	低温极区挥发分物样品返回
8	嫦娥七号	中国2023—2030	极区着陆与探测
9	嫦娥八号	中国2023—2030	国际月球研究站(ILRS)的基础型
10	韩国月球着陆器	KARI 2030	技术验证

位置	编号	中文名		经度		纬度		着陆区特点与探测价值
低纬度	1	伊娜		5.3		18.66		月球特殊火山活动区域;成因与形成年龄存在争议(可能小于100Ma)
	2	Reiner Gamma漩涡		-59		7.5		月球磁异常区域;磁异常可达20 nT~1 000 nT(月球表面);相对周围区域表现出较弱的OH吸收特征
	3	马里乌斯山		-53		13		月球特殊火山活动区域(穹窿);可研究内部挥发分
	4	波得月溪		-4.755		10.956		高Ti火山碎屑物质,面积可达7 000 km²;月表反射率低的区域;岩石和构造多样;探测到来自月幔深部的包体物质;适合开展对地观测(正面低纬度平坦区域)
	5	拉塞尔区域		-9.04		-14.65		富硅质火山活动;古老地层单元(~4.0 Ga);热点(hot spots)区域
	6	中丰富海熔岩管道		48.66		0.92		熔岩管道(存在斜坡入口);地势平坦的玄武岩区域
	7	齐奥尔科夫斯基坑		128.51		-19.35		不同类型斜长岩;中央峰;撞击熔融物和角砾岩;撞击过程
	8	里乔利坑		-74.28		-3.04		东海撞击溅射物;薄层玄武岩;丰富的氦-3资源;利于观测地球;月-海交界地带
	9	艾肯坑		173.48		-16.76		背面月海区域;揭示SPA撞击过程;出现中央峰(深部物质)
	10	阿方萨斯坑		-2.16		-12.56		火山和构造丰富的区域;13处火山碎屑岩;复杂火山通道;火山口
	11	苏尔皮西乌斯·加卢斯		10.37		19.87		橙色月壤(火山碎屑);复杂火山活动;月幔包体;高地物质
	12	拉兰德		-7		-4		月球极富Th的区域;高地月壤;古老月壳物质;可能采到真正的KREEP岩石
	13	斯特拉顿		166.88		-2.08		高地月壤;高地古老岩浆活动
	14	东海		-86.5		-14		多环撞击盆地;撞击过程;盆地地质
中高纬度	15	阿利斯塔克		-49		20		分布多种岩石;区域地质过程复杂;分布月球年轻玄武岩(P60玄武岩单元);火山与构造活动复杂;研究月球撞击过程与历史
	16	格鲁伊图伊森		-40.14		36.03		火山穹窿(富硅质);富KREEP月壤;年轻火山单元
	17	巴巴坑		-164.5		-55.1		SPA盆地内的特殊地质单元;撞击过程;深部(下月壳)物质;SPA撞击熔融物
	18	莫斯科海		150.47		26.19		月球背面古老撞击坑(~4.1 Ga);出现多期次(2.6~3.9 Ga)玄武岩活动;磁学异常区域
	19	孟德尔-里德伯隐月海		-93.07		-51.14		古老月海;隐月海;磁异常
中高纬度	20	洪堡海	77.14		54.54		分布不同年龄和不同组成的物质;玄武岩年龄和组成;盆地熔融物
	21	柏拉图溅射物	-5.21		53.37		雷达异常区域;高地月壤;火山碎屑
	22	范德格拉夫坑	172.08		-26.92		磁异常区域;Th异常区域;撞击过程
	23	阿波罗盆地	-153.72		-37.05		背面月海;斜长质高地物质;撞击盆地内环;撞击地质过程;纯斜长岩
	24	智海	164.42		-35.48		背面月海,分布熔岩洞穴;磁异常区域;撞击过程
	25	第谷坑	-11.2		-42.99		年轻撞击坑(~110 Ma);对比研究不同地质单元(撞击熔融区、高地月壤、粗糙区域等)的月壤演化过程;中央峰;撞击过程
极区	26	薛定谔盆地	135		-75		露出月球分异演化各阶段的产物,如:月幔物质、壳-幔交界物质、SPA形成挖掘物质等;分布多种月壳岩石;重力异常;可研究撞击坑形成过程
	27	康普顿-别利科维奇	99.5		61.1		Th异常区域;KREEP异常;高地月壤;富硅质岩浆活动
	28	阿蒙森坑	93.8		-84.2		极区撞击坑;永久阴影区;正面适合着陆的南极区域
	29	沙克尔顿坑	0		-89.9		形成~3.6 Ga(雨海纪);分布着南极SPA撞击溅射物;主要由斜长石组成,含有少量辉石;岩石类型主要为亚铁斜长岩;探测到水冰和大量挥发分的存在
	30	埃尔米特	-92.2		85.9		北极撞击坑;撞击过程;北极适合着陆的平坦区域

位置	编号	中文名		经度		纬度		着陆区特点与探测价值
低纬度	1	伊娜		5.3		18.66		月球特殊火山活动区域;成因与形成年龄存在争议(可能小于100Ma)
	2	Reiner Gamma漩涡		-59		7.5		月球磁异常区域;磁异常可达20 nT~1 000 nT(月球表面);相对周围区域表现出较弱的OH吸收特征
	3	马里乌斯山		-53		13		月球特殊火山活动区域(穹窿);可研究内部挥发分
	4	波得月溪		-4.755		10.956		高Ti火山碎屑物质,面积可达7 000 km²;月表反射率低的区域;岩石和构造多样;探测到来自月幔深部的包体物质;适合开展对地观测(正面低纬度平坦区域)
	5	拉塞尔区域		-9.04		-14.65		富硅质火山活动;古老地层单元(~4.0 Ga);热点(hot spots)区域
	6	中丰富海熔岩管道		48.66		0.92		熔岩管道(存在斜坡入口);地势平坦的玄武岩区域
	7	齐奥尔科夫斯基坑		128.51		-19.35		不同类型斜长岩;中央峰;撞击熔融物和角砾岩;撞击过程
	8	里乔利坑		-74.28		-3.04		东海撞击溅射物;薄层玄武岩;丰富的氦-3资源;利于观测地球;月-海交界地带
	9	艾肯坑		173.48		-16.76		背面月海区域;揭示SPA撞击过程;出现中央峰(深部物质)
	10	阿方萨斯坑		-2.16		-12.56		火山和构造丰富的区域;13处火山碎屑岩;复杂火山通道;火山口
	11	苏尔皮西乌斯·加卢斯		10.37		19.87		橙色月壤(火山碎屑);复杂火山活动;月幔包体;高地物质
	12	拉兰德		-7		-4		月球极富Th的区域;高地月壤;古老月壳物质;可能采到真正的KREEP岩石
	13	斯特拉顿		166.88		-2.08		高地月壤;高地古老岩浆活动
	14	东海		-86.5		-14		多环撞击盆地;撞击过程;盆地地质
中高纬度	15	阿利斯塔克		-49		20		分布多种岩石;区域地质过程复杂;分布月球年轻玄武岩(P60玄武岩单元);火山与构造活动复杂;研究月球撞击过程与历史
	16	格鲁伊图伊森		-40.14		36.03		火山穹窿(富硅质);富KREEP月壤;年轻火山单元
	17	巴巴坑		-164.5		-55.1		SPA盆地内的特殊地质单元;撞击过程;深部(下月壳)物质;SPA撞击熔融物
	18	莫斯科海		150.47		26.19		月球背面古老撞击坑(~4.1 Ga);出现多期次(2.6~3.9 Ga)玄武岩活动;磁学异常区域
	19	孟德尔-里德伯隐月海		-93.07		-51.14		古老月海;隐月海;磁异常
中高纬度	20	洪堡海	77.14		54.54		分布不同年龄和不同组成的物质;玄武岩年龄和组成;盆地熔融物
	21	柏拉图溅射物	-5.21		53.37		雷达异常区域;高地月壤;火山碎屑
	22	范德格拉夫坑	172.08		-26.92		磁异常区域;Th异常区域;撞击过程
	23	阿波罗盆地	-153.72		-37.05		背面月海;斜长质高地物质;撞击盆地内环;撞击地质过程;纯斜长岩
	24	智海	164.42		-35.48		背面月海,分布熔岩洞穴;磁异常区域;撞击过程
	25	第谷坑	-11.2		-42.99		年轻撞击坑(~110 Ma);对比研究不同地质单元(撞击熔融区、高地月壤、粗糙区域等)的月壤演化过程;中央峰;撞击过程
极区	26	薛定谔盆地	135		-75		露出月球分异演化各阶段的产物,如:月幔物质、壳-幔交界物质、SPA形成挖掘物质等;分布多种月壳岩石;重力异常;可研究撞击坑形成过程
	27	康普顿-别利科维奇	99.5		61.1		Th异常区域;KREEP异常;高地月壤;富硅质岩浆活动
	28	阿蒙森坑	93.8		-84.2		极区撞击坑;永久阴影区;正面适合着陆的南极区域
	29	沙克尔顿坑	0		-89.9		形成~3.6 Ga(雨海纪);分布着南极SPA撞击溅射物;主要由斜长石组成,含有少量辉石;岩石类型主要为亚铁斜长岩;探测到水冰和大量挥发分的存在
	30	埃尔米特	-92.2		85.9		北极撞击坑;撞击过程;北极适合着陆的平坦区域