
一个国际大地测量工作组发布了标准化月球参考框架的首次实现。该框架是一个通用坐标系,旨在为绕月运行的航天器提供定位、导航与授时支持。该框架代号为ILuRF2026,采用一种源自卫星导航的加权方法,综合了三种独立的月球星历表。蔚蓝海岸天文台的阿格尼丝·菲恩加(Agnes Fienga)代表联合工作组,于7月30日在arXiv上发布了描述该框架的会议论文。
这篇论文是2022年启动的一项工作的最新进展。当年,国际大地测量协会与国际天文学联合会成立了月球参考框架联合工作组。其动机十分实际:未来数年计划执行6至10次载人登月任务,而由于涉及多个航天机构和私营公司,工作组认为,航天器需要对月球的位置、朝向以及月球上的时间有共同的定义。自2025年起,联合国外层空间事务厅每年举办一次地月空间定位、导航与授时研讨会,以应对同一问题。
这一系统名为国际月球参考系统,遵循地球参考系统采用的标准,并针对月球作了调整。它采用由月球惯量矩阵对角化定义的主轴框架,而非基于地月平均取向的平均地球框架。工作组选择主轴框架,是因为它直接由月球星历表欧拉角定义,而平均地球框架需要额外的平均化处理,可能引入误读。该框架随月球共转,并锚定于一个未形变的参考月球。参考月球是一个理想的未变形天体,潮汐、自转和弹性形变以修正项的形式叠加于其上。
该框架的实现ILuRF2026由三份精度相当的最先进星历表构建而成,分别是美国喷气推进实验室(JPL)的DE430、法国天体力学与星历计算研究所(IMCCE)的INPOP21a,以及俄罗斯应用天文研究所的EPM2021。工作组不依赖任何单一提供方,而是采用简化的方差分量估计器对三者进行综合,该方法与综合卫星导航轨道所用方法相近。归一化权重为:EPM2021为0.451,INPOP21a为0.381,DE430为0.168。综合结果通过月球激光测距后向反射器相对月球质心的坐标得以具体化,该框架1970年至2050年的原点、朝向和时间尺度时序数据则随插值软件一同发布。
该框架的内部不确定度按综合结果的加权均方误差计算,2010年至2030年间为17.6 cm(6.9英寸),其中原点分量为15.3 cm(6.0英寸)、朝向分量为8.6 cm(3.4英寸),整个时段内则为31.6 cm(12.4英寸)。这些误差主要源于后向反射器的北半球分布和有限的地月几何。工作组使用多个独立软件包,以月球激光测距数据对该框架进行了验证,其残差与权重最高的EPM2021星历表的残差高度吻合。
该框架的朝向与原点参数名为LOOP,与各参与星历表相比,预测时段内沿轨方向差异最大达4 m(13英尺),跨轨方向差异稳定在约1 m(3.3英尺),径向差异处于厘米量级。工作组还提供了ILuRF2026与其他参考框架之间的7参数赫尔默特变换,其中包括旧版星历表的平均地球版本。主轴框架之间的误差为2至3 cm(0.8至1.2英寸),而向平均地球DE421框架变换时,采用完整7参数变换的误差达10 cm(3.9英寸),采用简化3参数版本的误差达14 cm(5.5英寸),这正是推荐使用完整变换的原因。
在时间维度上,工作组采用月球坐标时,该时间由名为TEMPUS的开源Python库计算。月球时间偏移量的独立计算结果之间,漂移差异低于5×10^-17,剩余残差低于65 ps,均小于当前时钟的稳定度和精度。在25年的时间跨度内,该时间变换会给岁差角引入约2.7毫角秒的周期性趋势,并使自转角产生每天0.032毫角秒的附加漂移。
ILuRF2026通过临时网站ilurs-6e772d.gitlab.io和未来的站点ilurf.gssc.esa.int发布,后者由欧洲空间局导航支持中心计划于2026年秋季开通。该框架已被提议纳入国际地球自转与参考系服务产品中心,据报已于2026年5月获得接受,不过未来的纳入标准、更新节奏和管理机制仍有待确定。
工作组期待新的月球表面观测带来改进,尤其是欧洲空间局计划于2029年执行的阿尔戈英雄(Argonaut)任务所搭载的NovaMoon观测站,该站除后向反射器外,还将配备甚长基线干涉测量设备、无线电应答机和两台紧凑型原子钟。南半球的甚长基线干涉测量站被认为是解决几何局限性的最有效途径,预计可将LOOP参数的定义改善约75%。论文并未确定这些改进将于何时纳入该框架,也未说明产品中心的管理机制将如何处理未来的更新。
婷 翻译
来源
1. Fienga, A., “The International Lunar Reference System,” arXiv:2607.27762: https://arxiv.org/abs/2607.27762
2. International Lunar Reference System ILuRS, ILuRF2026 delivery page: https://ilurs-6e772d.gitlab.io/ILuRS2026/ILuRF_2026.html

