Månens referencestation

MODELLED. Under de angivne antagelser (konstellationen, dens fejl i signalet i rummet, stationens opmålingsnøjagtighed, korrektionsforsinkelsen og linkets kvantisering, hver et input mærket med sin offentlige kilde eller som ILLUSTRATIVE) giver modellen tallene nedenfor. De er ikke en udtalelse om ydeevnen af noget rigtigt system. Kshana er ikke tilknyttet eller støttet af nogen myndighed og fremsætter ingen påstand om TRL eller flyvehistorik. Kun vejledende.

Formål#

Offentligt materiale beskriver en referencestation ved Månens sydpol, som overvåger en månenavigationstjeneste, beregner lokale differentielle korrektioner, holder en månetidsreference på et atomur og bærer en laserretroreflektor og en VLBI-sender til månens referencesystem (den klasse, der er offentligt beskrevet for ESA's NovaMoon-koncept; kilder nedenfor). Kshana modellerer allerede hver del for sig. Denne undersøgelse sætter dem sammen i én reproducerbar, åben analyse af, hvad en sådan station kunne gøre under offentlige antagelser, og præregistrerer den, så den kan bedømmes mod offentliggjorte resultater og med tiden flyveresultater.

Kør den#

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

eller run_toml fra Python, WebAssembly eller MCP-serverens run_scenario med kind = "lunar-station-coverage".

Dækning og nøjagtighedskort (lunar-station-coverage)#

For en differentiel referencestation på et kendt sted ved sydpolen: i hvert brugerpunkt på et ringgitter fra 80° S til polen og over området, over et døgn af epoker og Monte Carlo-forsøg, percentilerne af positionsfejlen med og uden korrektion (3-D, horisontal, vertikal), tilgængelighed med en årsag for hver utilgængelig epoke, dækning mod en tærskel angivet før kørslen, DO-229E-beskyttelsesniveauer, dækningsradius pr. azimutsektor og korrektionslinkets budget ved stationen og ved det værste punkt. Ingen ny fysik: den gennemløber de testede funktioner i lunar-differential-pnt og reduceres nøjagtigt til den type ved ét punkt, én epoke og ét forsøg.

Input#

Output#

Hvert numerisk felt har en enhed og en proveniensklasse i resultatets units-blok (kontrolleret af tests/field_units_global.rs). Områdeblokken: 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 pr. azimutsektor på 30°; points[] pr. punkt; og budget_at_station_and_at_edge.

Hvad kontrollerne kan og ikke kan sige#

• tests/lunar_station_coverage_reference.rs: reduktionen til lunar-differential-pnt, nulbaseline- og opmålingsgulvene, monotonicitet, årsager til utilgængelighed, determinisme og arbejdsvagten. De viser, at gennemløbet er den model, det påstår at gennemløbe.
• tests/lunar_station_numpy_oracle.rs: en uafhængig numpy-genberegning af aritmetikken på eksporterede tilfælde, præregistreret før den kørte. Positioner og percentiler nåede deres tærskler; stationskorrektionerne missede deres på grund af afrunding i dobbelt præcision (registreret, med tallene, i tests/fixtures/lunar_station/PREREGISTRATION.md).
• Ingen af dem kontrollerer modellen. Fejlmodellen, førsteordens dekorrelationen, modellerne for opmåling, aldring og kvantisering og hver tærskel er projektets egne eller ILLUSTRATIVE.

Terrænhorisontmasker#

MODELLED. En valgfri sektion [terrain] (src/lunar_terrain.rs) giver stationen og hvert brugerpunkt sin egen azimutafhængige horisont i skylinetabelformatet fra 0,36 (rækker [azimuth_deg, elevation_deg], lineært i azimut med omslag ved 360°). En satellit tæller på et sted, når den er over både mask_deg og horisonten i sin azimut; en epoke, som horisonten efterlader med færre end fire satellitter i et punkt, hvor den flade maske giver fire, rapporteres som unavailable.terrain_masked (user_lt4 beholder sin flade betydning). To kilder, kombineret som deres punktvise maksimum, når begge er givet:

• en angivet profil, station_horizon eller user_horizon (anvendt i hvert brugerpunkt), hver med en påkrævet source-etiket;
• en horisont, der er ray-marchet over en polar DEM (dem_path): storcirkler på månekuglen med nøjagtig krumning, fra en angivet masthøjde (standard 2 m), for hver azimuth_step_deg (standard 1°), ud til max_range_km (standard 150 km) eller gitterkanten. Repository'et indeholder et udsnit af LRO LOLA-polarproduktet LDEM_75S_240M i public domain, 5 × 5 blokmiddelnedsamplet til 1200 m og cirka ±420 km fra polen (data/lunar-dem/NOTICE.md: kilde-URL, SHA-256, licens, udsnits- og nedsamplingstrin);
• eller, i stedet for dem_path, en DEM-flise med bredde- og længdegrad (dem_tile_path) i tekstformatet realdata::lola_dem (en header lat_min lat_max lon_min lon_max n_lat n_lon, derefter højderne i meter over middelkuglen, rækkevis), ray-marchet på samme måde, hvor breddegradsafstanden sætter standardtrinnet. Rapporten gentager flisens sti, SHA-256 og udstrækning (terrain.dem_tile). En flise nedsamplet fra det medfølgende udsnit giver stationen udsnittets egen horisont til 0,22° (tests/lunar_station_terrain.rs). Ingen flise medfølger.

De samme masker gælder for moonlight-service-volume-gitteret (terrain, user_horizon og dem_path; et gitterpunkt uden for DEM beholder den flade maske og tælles). Uden sektionen er hvert dokument bytemæssigt identisk med en kørsel uden den.

Kontroller: ray marchen gengiver horisonter i lukket form (det blotte kuglefald, et krater i et plateau fra dets centrum og fra siden, en rasteriseret kegle mod den analytiske kegle); det medfølgende udsnit er orienteret som kilden (Shackleton- og Haworth-bundene lave, Malapert-massivet højt); en uafhængig numpy-straleskydning på udsnittet, præregistreret (tests/fixtures/lunar_terrain/PREREGISTRATION.md), stemmer til 5.5e-10 grader på fem steder, hvilket kontrollerer aritmetikken, ikke terrænet. Ingen offentliggjort polar horisont- eller belysningsværdi er gengivet, så rækken forbliver MODELLED (registerrække "Lunar terrain horizon masks from a stated profile or a polar DEM").

scenarios/lunar-station-coverage-terrain.toml kører de medfølgende inputs på et gitter på 2° med 100 forsøg og DEM-horisonten på hvert sted. Stationens sted (89° S, 0° E) har en højeste horisont på cirka 4,0°, under masken på 5°, så ved stationen er terrænet ikke bindende; i brugerpunkterne er det arealvægtede gennemsnit af hvert punkts højeste horisont 9,7° og den største 26,3°. Mod de samme inputs med den flade maske stiger områdets korrigerede p95 3-D-fejl fra 16,3 m til 18,6 m og den største HPL fra 480 m til 62 km. Områdets tilgængelighed stiger fra 91,9 % til 93,0 %: en epoke er utilgængelig, når et punkt bruger en satellit, som stationen ikke ser, og en horisont, der skjuler den satellit for punktet, kan gøre epoken tilgængelig.

Begrænsninger#

1. Terræn og horisontmaskering: behandlet i 0,36, med begrænsninger. Horisontmasker pr. sted ud fra en angivet profil eller det medfølgende LOLA-DEM-udsnit er modelleret (ovenfor). Det, der mangler: det medfølgende udsnit er 1200 m pr. pixel, så relief under cirka en kilometer udglattes væk, og blokmiddelværdier sænker skarpe toppe; en stråle, der forlader udsnittet (cirka 420 km fra polen), ender dér; der er ingen diffraktion, terrænmultipath eller delvis tildækning; stedernes positioner til afstandsmåling forbliver på middelkuglen i de angivne højder (DEM sætter kun horisonten); horisonten er ikke valideret mod et eksternt tal. Eksportstedet pr. satellit i moonlight-service-volume maskeres som et gitterpunkt: med en terrain-sektion bærer hver eksportrække clears_terrain, og rapporten stedets horisont (export_site_terrain); antennens tællinger af links i strålen tæller stadig hvert link, der er over den flade maske.
2. Multipath og modtagerhardware: behandlet i 0,36 som en tilvalgsfunktion, med begrænsninger. En [receiver]-sektion (src/lunar_receiver.rs) tilføjer elevationsafhængig multipath a + b exp(-el / el0) hos brugeren og stationen (DO-229's funktionelle form; på Månen er hver værdi ILLUSTRATIVE), stationens multipath eventuelt førsteordens Gauss-Markov over epoker, kodestøj i DLL (early minus late) ud fra C/N0 og inter-kanal-bias pr. kanal. Det, der mangler: variation i antennens faseCenter og gruppeforsinkelse er ikke modelleret; ingen månemåling fastlægger multipath-værdierne; korrektionslinkets budgetblok indeholder ikke modtagerleddene.
3. Vækst i efemeridefejl over forsinkelsen: behandlet i 0,36 som en tilvalgsfunktion, med begrænsninger. orbit_err_growth_m_per_s tilføjer en lineær vækst af den udsendte banefejl med alderen (afstand 1-sigma rate x latency / sqrt(3)) oven på genprojektionen af den frosne fejl; lineær vækst er førsteordensleddet i en propageret tilstandsfejl (kontrolleret til 1 % ved 600 s mod den medfølgende to-legeme-propagering). Det, der mangler: ingen offentlig kilde angiver en vækstrate på Månen (ILLUSTRATIVE); ingen struktur langs banen eller radialt; korrektionslinkets budgetblok bruger den frosne model. K5-tillægget (tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS03.md, præregistreret alene) kører K5 ved 0,001, 0,01 og 0,1 m/s: det fejler i alle tilfælde (369,8 m, 2315 m, 22797 m mod en tærskel på 1,5 m), som angivet før kørslen.
4. Løsningsstil (filter, højdebegrænsning, tre satellitter): en tilvalgsfunktion i 0,36, med begrænsninger. En [solution]-sektion (src/lunar_solution.rs) tilføjer en højde-pseudomåling, et minimum på tre satellitter med den og et vindue med statisk bruger og vægtede mindste kvadrater over epoker (en fælles position, et ur pr. epoke), som træder i stedet for et filter. Det, der mangler: den behandler epokernes fejl som uafhængige, så den middelværdidæmper hurtigere end fejl, der er korreleret i tid; den gælder kun statiske brugere; der er intet dynamisk filter, ingen bærebølgefase eller opløsning af multiplicitet; sporingstilfældet (trace_case) viser øjebliksbilledets aritmetik. Tillægget med offentliggjorte påstande for denne tilstand er tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS06.md (præregistreret alene). Med en højdebegrænsning på 1 m, tre satellitter og et vindue på 6 epoker (ILLUSTRATIVE indstillinger) falder R300's korrigerede p95 3-D-fejl fra 280,6 m til 2,11 m (horisontalt 0,90 m, ikke bedømt); K1 til K5 fejler stadig, og K6 består, 1 af 6 som i den registrerede kørsel. Vinduets antagelse om uafhængighed er til dets fordel.

Sammenligning med offentliggjorte påstande#

MODELLED. En sammenligning af denne model, kørt under de offentlige antagelser, med de påstande, kilderne fremsætter. Den er ikke en udtalelse om ydeevnen af noget rigtigt system.

• Kilderne S1 til S5 (titel, URL, hentedato, SHA-256, licens): tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md.
• Hver numerisk påstand, citeret med sin side og angivne antagelser og klassificeret som sammenlignelig, delvist sammenlignelig eller ikke sammenlignelig: tests/fixtures/lunar_station_published/CLAIMS.md. Ingen påstand er fuldt sammenlignelig, fordi ingen kilde angiver en percentil eller satellitternes banelementer.
• Tærskler, tilfælde og inputs, committet alene før kørslen (revision 2, 05bf9a19), og den registrerede kørsel: tests/fixtures/lunar_station_published/PREREGISTRATION.md. Resultatet er fastholdt i tests/lunar_station_published_oracle.rs.

1 af 6 tærskler er bestået. Årsagen er geometrien. Ingen kilde offentliggør konstellationens banelementer. Med de ILLUSTRATIVE medfølgende elementer deler en bruger og stationen kun fire satellitter over 5 grader i 8 % (300 km) og 6 % (600 km) af epokerne, ved næsten singulær geometri: den ukorrigerede p95 er 3,8 km, hvor kilderne angiver < 10 m. Kildernes egne simuleringer brugte et filter, en højdebegrænsning og tre satellitter i fælles sigte, som dette øjebliksbilledmodel ikke har. Kørslen gengiver derfor ikke påstandene på de elementer, og den er ikke belæg for, at påstandene er forkerte. K6-bestået er et forhold mellem to tal, der domineres af geometri, og siger intet om dekorrelation. Et offentliggjort sæt af konstellationens elementer ville blive bedømt under de samme tærskler som en anden, dateret kørsel.

Præregistreret forudsigelse#

En præregistreret forudsigelse, frosset ved commit c05dac1d på inputs fra offentlige kilder, med sin bedømmelsesprotokol: docs/predictions/lunar-reference-station.md. Den er en forudsigelse, ikke en validering, og hvert tal i den domineres af det ikke-offentliggjorte elementsæt for konstellationen med fire satellitter (de brugte elementer er ILLUSTRATIVE): over området 80 grader S, tilgængelighed 8,2 %, korrigeret p95 3-D 280 m, ukorrigeret 3,8 km. MODELLED; tests/prediction_frozen.rs fejler, hvis en frosset byte flytter sig.

Stationens tidslaboratorium#

Om stationens miniRAFS, styret til LTC og derefter frit løbende eller gen-styret, holder sig inden for 1, 10 og 100 ns: den valgfri [time_lab]-blok i lunar-time-budget (scenarios/lunar-station-time-lab.toml). miniRAFS når 1 ns efter 2,8 s, 10 ns efter 377 s og 100 ns efter 10,5 h; kildens mål på nanosekundniveau er citeret, ikke overtaget. MODELLED. Model, output, tabellen over tid til tærskel for fire urklasser og sammenligningen med kilderne: docs/lunar-station/time-lab.md.

Stationens geodæsi#

Hvor meget én retroreflektor og ét VLBI-fyr ved stationens sted strammer månens referencedatum ud over de fem arkiverede retroreflektorarrays: de valgfri inputs extra_reflectors og extra_beacons i lunar-llr-datum (scenarios/lunar-station-geodesy-baseline.toml og -with-station.toml). Cramer-Rao-grænser for et reduceret parametersæt på en ILLUSTRATIVE plan og et ILLUSTRATIVT sted: translationsnormens 1-sigma falder fra 0,0185 m til 0,0102 m (forhold 0,551), skalaen fra 0,00178 til 0,00063 ppm. MODELLED. Metode, forbehold (et sted ved sydpolen ser Jorden lavt eller slet ikke) og den fulde Helmert-tabel: docs/lunar-station/geodesy.md.

Kilder#

Hver kilde med titel, identifikator og udgiver, med hentedato og licens. URL'er, SHA-256-hashes og noter om, hvor kilderne er uenige, står i registeret, tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md. Ingen kildefil videredistribueres. Personnavne er udeladt med vilje.