Lunární referenční stanice

MODELLED. Při uvedených předpokladech (konstelace, chyba jejího signálu v prostoru, přesnost zaměření stanice, latence korekcí a kvantizace spoje, každý je vstup označený veřejným zdrojem nebo jako ILLUSTRATIVE) model dává níže uvedené hodnoty. Nejsou tvrzením o výkonu žádného skutečného systému. Kshana nemá vazbu na žádnou agenturu ani její schválení a netvrdí nic o TRL ani o letové historii. Pouze poradní charakter.

Účel#

Veřejné materiály popisují lunární referenční stanici na jižním pólu, která sleduje lunární navigační službu, počítá místní diferenciální korekce, udržuje lunární časovou referenci na atomových hodinách a nese laserový retroreflektor a vysílač VLBI pro lunární referenční soustavu (třída veřejně popsaná u konceptu ESA NovaMoon; zdroje níže). Kshana již každou část modeluje samostatně. Tato studie je skládá do jedné reprodukovatelné, otevřené analýzy toho, co by taková stanice mohla dělat při veřejných předpokladech, a předregistruje ji, aby ji bylo možné vyhodnotit proti zveřejněným výsledkům a nakonec i výsledkům z letů.

Spusťte jej#

kshana scenarios/lunar-station-coverage.toml     # about 6 s in a release build

nebo run_toml z Pythonu, WebAssembly nebo run_scenario serveru MCP s kind = "lunar-station-coverage".

Mapa pokrytí a přesnosti (lunar-station-coverage)#

Pro diferenciální referenční stanici na známém jihopolárním místě: v každém uživatelském bodě na kruhové mřížce od 80° j. š. k pólu a v celé oblasti, napříč dnem epoch a pokusy Monte Carlo, percentily opravené a neopravené chyby polohy (3D, horizontální, vertikální), dostupnost s důvodem pro každou nedostupnou epochu, pokrytí vůči prahu stanovenému před během, ochranné úrovně podle DO-229E, poloměr pokrytí podle azimutového sektoru a rozpočet korekčního spoje na stanici a v nejhorším bodě. Žádná nová fyzika: prochází otestované funkce lunar-differential-pnt a v jednom bodě, jedné epoše a jednom pokusu se na tento druh přesně redukuje.

Vstupy#

Výstupy#

Každé číselné pole nese jednotku a třídu původu v bloku units výsledku (kontroluje tests/field_units_global.rs). Blok oblasti: availability, coverage_fraction, corrected_p_3d_m, corrected_p_h_m, corrected_p_v_m, uncorrected_p_3d_m, improvement_factor, hpl_max_m, vpl_max_m, hpl_below_alert_fraction, worst_point; coverage_radius_km na každý azimutový sektor o 30°; points[] na každý bod; a budget_at_station_and_at_edge.

Co kontroly mohou a nemohou říci#

• tests/lunar_station_coverage_reference.rs: redukce na lunar-differential-pnt, nulová základna a meze zaměření, monotonie, důvody nedostupnosti, determinismus, ochrana rozsahu práce. Ty ukazují, že sweep je modelem, který tvrdí, že prochází.
• tests/lunar_station_numpy_oracle.rs: nezávislý přepočet aritmetiky v numpy na exportovaných případech, předregistrovaný před spuštěním. Polohy a percentily splnily své prahy; korekce stanice své prahy nesplnila kvůli zaokrouhlení v dvojité přesnosti (zaznamenáno s čísly v tests/fixtures/lunar_station/PREREGISTRATION.md).
• Ani jedno z toho model nekontroluje. Model chyb, dekorelace prvního řádu, modely zaměření, stárnutí a kvantizace i každý práh jsou vlastní tohoto projektu nebo ILLUSTRATIVE.

Terénní masky horizontu#

MODELLED. Volitelná sekce [terrain] (src/lunar_terrain.rs) přiřadí stanici i každému uživatelskému bodu vlastní horizont závislý na azimutu, ve formátu tabulky obzorové čáry z 0,36 (řádky [azimuth_deg, elevation_deg], lineárně v azimutu s přechodem přes 360°). Družice se na místě počítá, pokud překoná jak mask_deg, tak horizont v jejím azimutu; epocha, v níž horizont v bodě ponechá méně než čtyři družice, ačkoli ploché maskování dává čtyři, se hlásí jako unavailable.terrain_masked (user_lt4 si zachovává svůj plochý význam). Dva zdroje, při zadání obou kombinované jako bodové maximum:

• uvedený profil, station_horizon nebo user_horizon (uplatněný v každém uživatelském bodě), každý s povinným označením source;
• horizont získaný postupným sledováním paprsku nad polárním DEM (dem_path): hlavní kružnice lunární koule s přesným zakřivením, z uvedené výšky stožáru (výchozí 2 m), každých azimuth_step_deg (výchozí 1°), až do max_range_km (výchozí 150 km) nebo okraje mřížky. Repozitář obsahuje výřez veřejně dostupného polárního produktu LRO LOLA LDEM_75S_240M, převzorkovaný blokovými průměry 5 × 5 na 1200 m a sahající asi ±420 km od pólu (data/lunar-dem/NOTICE.md: URL zdroje, SHA-256, licence, kroky výřezu a převzorkování);
• nebo místo dem_path dlaždice DEM po šířce a délce (dem_tile_path) v textovém formátu realdata::lola_dem (záhlaví lat_min lat_max lon_min lon_max n_lat n_lon, poté výšky v metrech nad střední koulí, po řádcích), sledovaná paprskem stejným způsobem, přičemž výchozí krok určuje rozteč šířek. Zpráva uvádí cestu dlaždice, její SHA-256 a rozsah (terrain.dem_tile). Dlaždice převzorkovaná z přiloženého výřezu dává stanici horizont samotného výřezu s odchylkou do 0,22° (tests/lunar_station_terrain.rs). Žádná dlaždice není součástí repozitáře.

Tytéž masky se uplatňují na mřížku moonlight-service-volume (terrain, user_horizon a dem_path; bod mřížky mimo DEM si ponechává plochou masku a je započítán). Bez této sekce je každý dokument bajt po bajtu shodný s během bez ní.

Kontroly: sledování paprsku reprodukuje horizonty v uzavřeném tvaru (pokles pro holou kouli, kráter na planině ze středu i mimo střed, rastrovaný kužel proti analytickému kuželu); přiložený výřez je orientován jako zdroj (dna kráterů Shackleton a Haworth nízko, masiv Malapert vysoko); nezávislé sledování paprsku v numpy na výřezu, předregistrované (tests/fixtures/lunar_terrain/PREREGISTRATION.md), souhlasí na 5.5e-10 stupně na pěti místech, což kontroluje aritmetiku, nikoli terén. Žádný zveřejněný údaj o polárním horizontu ani osvětlení nebyl reprodukován, takže řádek zůstává MODELLED (řádek registru „Lunar terrain horizon masks from a stated profile or a polar DEM“).

scenarios/lunar-station-coverage-terrain.toml spouští přibalené vstupy na mřížce 2° se 100 pokusy a horizontem z DEM v každém místě. Místo stanice (89° j. š., 0° v. d.) má nejvyšší horizont asi 4,0°, pod maskou 5°, takže na stanici terén neomezuje; v uživatelských bodech je plošně vážený průměr nejvyššího horizontu každého bodu 9,7° a největší 26,3°. Oproti stejným vstupům s plochou maskou stoupá opravená chyba 3D na p95 v oblasti z 16,3 m na 18,6 m a největší HPL z 480 m na 62 km. Dostupnost v oblasti stoupá z 91,9 % na 93,0 %: epocha je nedostupná, když bod používá družici, kterou stanice nevidí, a horizont, který tuto družici před bodem skrývá, může epochu učinit dostupnou.

Omezení#

1. Terén a maskování horizontu: řešeno ve verzi 0,36, s omezeními. Masky horizontu pro jednotlivá místa z uvedeného profilu nebo z přiloženého výřezu LOLA DEM jsou modelovány (výše). Zbývá toto: přiložený výřez má 1200 m na pixel, takže reliéf pod asi jeden kilometr je vyhlazen a blokové průměry snižují ostré vrcholy; paprsek, který výřez opustí (asi 420 km od pólu), tam končí; není zahrnuta difrakce, vícecestné šíření od terénu ani částečné zakrytí; polohy míst pro měření vzdálenosti zůstávají na střední kouli v uvedených výškách (DEM určuje pouze horizont); horizont není ověřen proti vnější hodnotě. Export míst pro jednotlivé družice v moonlight-service-volume je maskován jako bod mřížky: se sekcí terrain nese každý exportovaný řádek clears_terrain a zpráva horizont místa (export_site_terrain); součty antény v paprsku stále počítají každý spoj, který překoná plochou masku.
2. Vícecestné šíření a hardware přijímače: řešeno ve verzi 0,36 jako volitelná funkce, s omezeními. Sekce [receiver] (src/lunar_receiver.rs) přidává vícecestné šíření a + b exp(-el / el0) závislé na elevaci u uživatele i na stanici (funkční tvar z DO-229; na Měsíci je každá hodnota ILLUSTRATIVE), vícecestné šíření stanice volitelně jako Gaussův–Markovův proces prvního řádu přes epochy, šum kódu DLL typu early-minus-late z C/N0 a zkreslení mezi kanály pro každý kanál. Zbývá toto: variace fázového středu a skupinového zpoždění antény nejsou modelovány; žádné lunární měření hodnoty vícecestného šíření neupřesňuje; blok rozpočtu korekčního spoje nezahrnuje složky přijímače.
3. Růst chyby efemerid během latence: řešeno ve verzi 0,36 jako volitelná funkce, s omezeními. orbit_err_growth_m_per_s přidává lineární růst chyby vysílané oběžné dráhy se stářím (rozsah 1-sigma rate x latency / sqrt(3)), nad rámec reprojekce zmrazené chyby; lineární růst je člen prvního řádu šířené chyby stavu (ověřeno na 1 % při 600 s proti vestavěnému šíření dvou těles). Zbývá toto: žádný veřejný zdroj neuvádí lunární míru růstu (ILLUSTRATIVE); žádná struktura ve směru dráhy a radiální; blok rozpočtu korekčního spoje používá zmrazený model. Dodatek K5 (tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS03.md, předregistrovaný samostatně) spouští K5 při 0,001, 0,01 a 0,1 m/s: ve všech případech selhává (369,8 m, 2315 m, 22797 m proti prahu 1,5 m), jak bylo uvedeno před během.
4. Styl řešení (filtr, výšková vazba, tři družice): volitelná funkce ve verzi 0,36, s omezeními. Sekce [solution] (src/lunar_solution.rs) přidává výškové pseudoměření, s ním minimum tří družic a okno vážených nejmenších čtverců pro statického uživatele přes epochy (sdílená poloha, hodiny pro každou epochu), které zastupuje filtr. Zbývá toto: chyby epoch považuje za nezávislé, takže se průměruje rychleji než chyby korelované v čase; je pouze pro statického uživatele; není zde dynamický filtr, fáze nosné ani řešení nejednoznačností; stopa případu (trace_case) ukazuje aritmetiku jednoho snímku. Dodatek se zveřejněnými tvrzeními pro tento režim je tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS06.md (předregistrovaný samostatně). S výškovou vazbou 1 m, třemi družicemi a oknem o 6 epochách (ILLUSTRATIVE nastavení) klesá opravená chyba 3D na p95 u R300 z 280,6 m na 2,11 m (horizontální 0,90 m, nehodnoceno); K1 až K5 stále selhávají a K6 uspěje, 1 z 6 jako v zaznamenaném běhu. Předpoklad nezávislosti v okně mu nahrává.

Srovnání se zveřejněnými tvrzeními#

MODELLED. Srovnání tohoto modelu, spuštěného při veřejných předpokladech, s tvrzeními uvedenými ve zdrojích. Není to tvrzení o výkonu žádného skutečného systému.

• Zdroje S1 až S5 (název, URL, datum stažení, SHA-256, licence): tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md.
• Každé číselné tvrzení, citované s uvedením stránky a stanovených předpokladů a zařazené jako srovnatelné, částečně srovnatelné nebo nesrovnatelné: tests/fixtures/lunar_station_published/CLAIMS.md. Žádné tvrzení není plně srovnatelné, protože žádný zdroj neuvádí percentil ani orbitální elementy družic.
• Prahy, případy a vstupy, zapsané samostatně před během (revize 2, 05bf9a19), a zaznamenaný běh: tests/fixtures/lunar_station_published/PREREGISTRATION.md. Zjištění je připnuto v tests/lunar_station_published_oracle.rs.

Splněn je 1 z 6 prahů. Příčinou je geometrie. Žádný zdroj nezveřejňuje orbitální elementy konstelace. Na ILLUSTRATIVE vestavěných elementech sdílejí uživatel a stanice čtyři družice nad 5 stupni jen v 8 % (300 km) a 6 % (600 km) epoch, při téměř singulární geometrii: neopravené p95 je 3,8 km, kde zdroje uvádějí < 10 m. Vlastní simulace zdrojů používaly filtr, výškovou vazbu a tři družice v částečném společném výhledu, což tento model snímku nemá. Běh proto tvrzení na těchto elementech nereprodukuje a není důkazem, že tvrzení jsou chybná. Splnění K6 je poměr dvou hodnot ovládaných geometrií a o dekorelaci nic nevypovídá. Zveřejněná sada elementů konstelace by byla hodnocena podle týchž prahů jako druhý, datovaný běh.

Předregistrovaná předpověď#

Předregistrovaná předpověď, zmrazená u commitu c05dac1d na vstupech z veřejných zdrojů, s protokolem hodnocení: docs/predictions/lunar-reference-station.md. Je to předpověď, nikoli validace, a každá hodnota v ní je ovládána nezveřejněnou sadou elementů čtyřdružicové konstelace (použité elementy jsou ILLUSTRATIVE): v oblasti od 80 stupňů j. š. dostupnost 8,2 %, opravená 3D na p95 280 m, neopravená 3,8 km. MODELLED; tests/prediction_frozen.rs selže, pokud se pohne kterýkoli zmrazený bajt.

Časová laboratoř stanice#

Zda miniRAFS stanice, řízené k LTC a poté volně běžící nebo znovu řízené, zůstane v mezích 1, 10 a 100 ns: volitelný blok [time_lab] z lunar-time-budget (scenarios/lunar-station-time-lab.toml). MiniRAFS dosáhne 1 ns po 2,8 s, 10 ns po 377 s a 100 ns po 10,5 h; cíl na úrovni nanosekund uváděný zdrojem je citován, nikoli převzat. MODELLED. Model, výstupy, tabulka času do dosažení prahu pro čtyři třídy hodin a srovnání se zdroji: docs/lunar-station/time-lab.md.

Geodézie stanice#

O kolik jeden retroreflektor a jeden maják VLBI na místě stanice zpřesní lunární referenční datum nad rámec pěti archivovaných polí retroreflektorů: volitelné vstupy extra_reflectors a extra_beacons z lunar-llr-datum (scenarios/lunar-station-geodesy-baseline.toml a -with-station.toml). Cramér–Raovy meze pro zmenšenou sadu parametrů na ILLUSTRATIVE harmonogramu a místě: 1-sigma normy posunu klesá z 0,0185 m na 0,0102 m (poměr 0,551), měřítko z 0,00178 na 0,00063 ppm. MODELLED. Metoda, výhrady (jihopolární místo vidí Zemi nízko nebo vůbec) a úplná Helmertova tabulka: docs/lunar-station/geodesy.md.

Zdroje#

Každý zdroj s názvem, identifikátorem a vydavatelem, s datem stažení a licencí. URL, hashe SHA-256 a poznámky o tom, kde se zdroje rozcházejí, jsou v rejstříku tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md. Žádný zdrojový soubor se nešíří dál. Osobní jména jsou záměrně vynechána.