Місячна опорна станція

MODELLED. За зазначених припущень (орбітальне угруповання, його похибка сигналу в просторі, точність зйомки станції, затримка поправок і квантування лінії зв'язку; кожне є вхідним параметром із позначкою публічного джерела або ILLUSTRATIVE) модель дає наведені нижче показники. Вони не є твердженням про характеристики жодної реальної системи. Kshana не пов'язаний із жодним агентством і не схвалений ним та не робить жодних тверджень щодо TRL чи льотної спадщини. Лише консультативно.

Призначення#

У публічних матеріалах описано місячну еталонну станцію на південному полюсі, яка стежить за місячною навігаційною службою, обчислює локальні диференціальні поправки, веде місячну еталонну шкалу часу на атомному годиннику та несе лазерний ретрорефлектор і передавач VLBI для місячної системи відліку (клас, публічно описаний для концепції ESA NovaMoon; джерела нижче). Kshana уже моделює кожен із цих елементів окремо. Це дослідження поєднує їх в один відтворюваний відкритий аналіз того, що така станція могла б робити за публічних припущень, і попередньо реєструє його, щоб його можна було оцінити за опублікованими результатами та, зрештою, за результатами польотів.

Запуск#

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

або run_toml з Python, WebAssembly чи run_scenario сервера MCP із kind = "lunar-station-coverage".

Карта покриття та точності (lunar-station-coverage)#

Для диференціальної еталонної станції в відомій точці поблизу південного полюса: у кожній точці користувача на кільцевій сітці від 80° пд. ш. до полюса та по всьому регіону, протягом доби епох і випробувань Монте-Карло, процентильна виправлена та невиправлена похибка положення (3-D, горизонтальна, вертикальна), доступність із причиною для кожної недоступної епохи, покриття відносно порога, зазначеного до прогону, рівні захисту DO-229E, радіус покриття за азимутальним сектором і бюджет лінії передавання поправок на станції та в найгіршій точці. Жодної нової фізики: вона перебирає перевірені функції lunar-differential-pnt і зводиться саме до цього виду в одній точці, одній епосі та одному випробуванні.

Входи#

Виходи#

Кожне числове поле має одиницю та клас походження в блоці units результату (перевіряється tests/field_units_global.rs). Блок регіону: 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 на кожен азимутальний сектор у 30°; points[] на кожну точку; і budget_at_station_and_at_edge.

Що перевірки можуть і чого не можуть показати#

• tests/lunar_station_coverage_reference.rs: зведення до lunar-differential-pnt, нульова базова лінія та нижні межі зйомки, монотонність, причини недоступності, детермінованість, захист від надмірної роботи. Вони показують, що перебір є саме тією моделлю, яку, за заявою, перебирають.
• tests/lunar_station_numpy_oracle.rs: незалежний перерахунок арифметики мовою numpy на експортованих випадках, попередньо зареєстрований до його запуску. Положення та процентилі досягли своїх порогів; поправки станції не досягли своїх через округлення подвійної точності (зафіксовано з числами в tests/fixtures/lunar_station/PREREGISTRATION.md).
• Жодна з перевірок не перевіряє саму модель. Модель похибок, декореляція першого порядку, моделі зйомки, старіння та квантування й кожен поріг є власними для цього проєкту або ILLUSTRATIVE.

Маски горизонту рельєфу#

MODELLED. Необов'язкова секція [terrain] (src/lunar_terrain.rs) надає станції та кожній точці користувача власний азимутально залежний горизонт у форматі таблиці обрію 0,36 (рядки [azimuth_deg, elevation_deg], лінійно за азимутом із замиканням на 360°). Супутник враховується в точці, коли він піднімається вище за mask_deg і за горизонт у своєму азимуті; епоха, за якої горизонт залишає у точці менше чотирьох супутників, хоча плоска маска дає чотири, позначається як unavailable.terrain_masked (user_lt4 зберігає своє плоске значення). Два джерела, які за наявності обох поєднуються як їхній поточковий максимум:

• заданий профіль, station_horizon або user_horizon (застосовується в кожній точці користувача), кожен з обов'язковою міткою source;
• горизонт, прорахований променем за полярною DEM (dem_path): великі кола місячної сфери з точною кривиною, від заданої висоти щогли (типово 2 m), через кожні azimuth_step_deg (типово 1°), до max_range_km (типово 150 km) або краю сітки. Репозиторій містить фрагмент суспільного надбання — полярного продукту LRO LOLA LDEM_75S_240M, перерахованого блоковим усередненням 5 × 5 до 1200 m і приблизно ±420 km від полюса (data/lunar-dem/NOTICE.md: URL джерела, SHA-256, ліцензія, кроки обрізання та перерахунку);
• або, замість dem_path, широтно-довготна плитка DEM (dem_tile_path) у текстовому форматі realdata::lola_dem (заголовок lat_min lat_max lon_min lon_max n_lat n_lon, потім висоти в метрах над середньою сферою, рядок за рядком), яка прораховується променем так само, а типовий крок задає широтний інтервал. Звіт повторює шлях плитки, SHA-256 і межі (terrain.dem_tile). Плитка, перерахована із зафіксованого фрагмента, дає станції власний горизонт фрагмента з точністю до 0,22° (tests/lunar_station_terrain.rs). Жодної плитки не постачається.

Ті самі маски застосовуються до сітки moonlight-service-volume (terrain, user_horizon і dem_path; точка сітки поза DEM зберігає плоску маску і враховується). Без цієї секції кожен документ побайтово збігається з прогоном без неї.

Перевірки: прорахунок променем відтворює замкнені горизонти (занурення горизонту на голій сфері, кратер на плато з його центру та поза ним, растеризований конус порівняно з аналітичним конусом); зафіксований фрагмент орієнтований як джерело (дна Шеклтона та Гаворта низькі, масив Малаперта високий); незалежний прорахунок променем мовою numpy на фрагменті, попередньо зареєстрований (tests/fixtures/lunar_terrain/PREREGISTRATION.md), збігається до 5.5e-10 deg у п'яти точках, що перевіряє арифметику, а не рельєф. Жодної опублікованої цифри полярного горизонту чи освітленості не відтворено, тож рядок залишається MODELLED (рядок реєстру «Lunar terrain horizon masks from a stated profile or a polar DEM»).

scenarios/lunar-station-coverage-terrain.toml запускає вбудовані вхідні дані на сітці 2° зі 100 випробувань і горизонтом DEM у кожній точці. Точка станції (89° пд. ш., 0° сх. д.) має найвищий горизонт близько 4,0°, нижче за маску 5°, тож на станції рельєф не діє; у точках користувачів середнє за площею найвищих горизонтів кожної точки становить 9,7°, а найбільше 26,3°. Порівняно з тими самими вхідними даними з плоскою маскою, виправлена p95 похибка 3-D регіону зростає з 16,3 m до 18,6 m, а найбільший HPL — з 480 m до 62 km. Доступність регіону зростає з 91,9 % до 93,0 %: епоха недоступна, коли точка використовує супутник, якого станція не бачить, а горизонт, що ховає цей супутник від точки, може зробити епоху доступною.

Обмеження#

1. Рельєф і маскування горизонту: враховано в 0,36, з обмеженнями. Маски горизонту для кожної точки із заданого профілю або зафіксованого фрагмента LOLA DEM змодельовано (вище). Що залишається: зафіксований фрагмент має 1200 m на піксель, тож рельєф менший приблизно за кілометр згладжується, а блокові середні знижують гострі піки; промінь, що виходить за межі фрагмента (близько 420 km від полюса), там закінчується; немає дифракції, багатопроменевості від рельєфу чи часткового перекриття; положення точок для вимірювання дальності лишаються на середній сфері на зазначених висотах (DEM задає лише горизонт); горизонт не перевірено за зовнішньою цифрою. Точка експорту для кожного супутника в moonlight-service-volume маскується як точка сітки: за наявності секції terrain кожен рядок експорту містить clears_terrain, а звіт — горизонт точки (export_site_terrain); підрахунки потрапляння в промінь антени все ще враховують кожну лінію, що проходить плоску маску.
2. Багатопроменевість і апаратура приймача: враховано в 0,36 як опцію, з обмеженнями. Секція [receiver] (src/lunar_receiver.rs) додає багатопроменевість, залежну від кута місця, a + b exp(-el / el0) у користувача та на станції (функціональна форма DO-229; на Місяці кожне значення є ILLUSTRATIVE), багатопроменевість станції за потреби як гауссівський марковський процес першого порядку за епохами, шум коду DLL «рання мінус пізня» від C/N0 та міжканальні зсуви для кожного каналу. Що залишається: зміна фазового центру антени та групової затримки не моделюється; жодне місячне вимірювання не фіксує значень багатопроменевості; блок бюджету лінії передавання поправок не включає складників приймача.
3. Зростання похибки ефемерид за час затримки: враховано в 0,36 як опцію, з обмеженнями. orbit_err_growth_m_per_s додає лінійне зростання похибки орбіти з віком трансляції (1-сигма дальності rate x latency / sqrt(3)) поверх повторної проєкції замороженої похибки; лінійне зростання є членом першого порядку для розповсюдженої похибки стану (перевірено до 1 % при 600 s відносно вбудованого двотільного розповсюдження). Що залишається: жодне публічне джерело не дає місячної швидкості зростання (ILLUSTRATIVE); немає структури вздовж треку/радіальної; блок бюджету лінії передавання поправок використовує заморожену модель. Доповнення K5 (tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS03.md, попередньо зареєстроване окремо) запускає K5 при 0,001, 0,01 і 0,1 m/s: воно не проходить у кожному випадку (369,8 m, 2315 m, 22797 m проти порога 1,5 m), як було сказано до прогону.
4. Стиль розв'язку (фільтр, обмеження висоти, три супутники): опція в 0,36, з обмеженнями. Секція [solution] (src/lunar_solution.rs) додає псевдовимірювання висоти, мінімум із трьох супутників разом з ним і вікно статичного користувача за зваженим методом найменших квадратів по епохах (спільне положення, годинник на кожну епоху), що заміщує фільтр. Що залишається: воно вважає похибки епох незалежними, тож усереднюється швидше, ніж усереднювалися б похибки, корельовані в часі; воно лише для статичного користувача; немає динамічного фільтра, фази несівної чи розв'язання неоднозначностей; трасування випадку (trace_case) показує арифметику знімка. Доповнення з опублікованими твердженнями для цього режиму — tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS06.md (попередньо зареєстроване окремо). З обмеженням висоти 1 m, трьома супутниками та вікном із 6 епох (ILLUSTRATIVE налаштування) виправлена p95 похибка 3-D для R300 падає з 280,6 m до 2,11 m (горизонтальна 0,90 m, не оцінювалася); K1–K5 усе ще не проходять, а K6 проходить, 1 із 6, як у зафіксованому прогоні. Припущення про незалежність у вікні сприяє йому.

Порівняння з опублікованими твердженнями#

MODELLED. Порівняння цієї моделі, запущеної за публічних припущень, із твердженнями джерел. Це не є твердженням про характеристики жодної реальної системи.

• Джерела S1–S5 (назва, URL, дата отримання, SHA-256, ліцензія): tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md.
• Кожне числове твердження, процитоване із сторінкою та зазначеними припущеннями і класифіковане як порівнянне, частково порівнянне або непорівнянне: tests/fixtures/lunar_station_published/CLAIMS.md. Жодне твердження не є повністю порівнянним, бо жодне джерело не зазначає процентиль чи елементи орбіт супутників.
• Пороги, випадки та вхідні дані, зафіксовані окремо до прогону (ревізія 2, 05bf9a19), і записаний прогін: tests/fixtures/lunar_station_published/PREREGISTRATION.md. Висновок закріплено в tests/lunar_station_published_oracle.rs.

Проходить 1 із 6 порогів. Причина — геометрія. Жодне джерело не публікує елементів орбіт угруповання. За ILLUSTRATIVE вбудованими елементами користувач і станція спільно бачать чотири супутники вище 5 deg лише у 8 % (300 km) і 6 % (600 km) епох, при майже виродженій геометрії: невиправлена p95 становить 3,8 km, тоді як джерела наводять < 10 m. Власні симуляції джерел використовували фільтр, обмеження висоти та три супутники в спільній видимості, чого ця модель знімка не має. Отже, прогін не відтворює тверджень на цих елементах, і це не свідчить, що твердження хибні. Проходження K6 — це відношення двох величин, у яких домінує геометрія, і воно нічого не каже про декореляцію. Опублікований набір елементів угруповання було б оцінено за тими самими порогами як другий датований прогін.

Попередньо зареєстроване передбачення#

Попередньо зареєстроване передбачення, заморожене в коміті c05dac1d на вхідних даних із публічних джерел, з його протоколом оцінювання: docs/predictions/lunar-reference-station.md. Це передбачення, а не незалежна перевірка, і кожна цифра в ньому визначається неопублікованим набором елементів чотирисупутникового угруповання (використані елементи ILLUSTRATIVE): над регіоном 80 deg пд. ш. доступність 8,2 %, виправлена p95 3-D 280 m, невиправлена 3,8 km. MODELLED; tests/prediction_frozen.rs завершується невдачею, якщо зміниться будь-який заморожений байт.

Лабораторія часу станції#

Чи залишається miniRAFS станції, підкерований до LTC, а потім у вільному ході або з повторним підстроюванням, у межах 1, 10 і 100 ns: необов'язковий блок [time_lab] у lunar-time-budget (scenarios/lunar-station-time-lab.toml). miniRAFS досягає 1 ns через 2,8 s, 10 ns через 377 s і 100 ns через 10,5 h; цільове значення джерела на рівні наносекунд наведено, але не прийнято. MODELLED. Модель, виходи, таблиця часу до порога для чотирьох класів годинників і порівняння з джерелами: docs/lunar-station/time-lab.md.

Геодезія станції#

Наскільки один ретрорефлектор і один маяк VLBI на ділянці станції уточнюють місячний датум системи відліку понад п'ять архівних масивів ретрорефлекторів: необов'язкові входи extra_reflectors і extra_beacons для lunar-llr-datum (scenarios/lunar-station-geodesy-baseline.toml і -with-station.toml). Границі Крамера–Рао для скороченого набору параметрів на ILLUSTRATIVE розкладі та ділянці: 1-сигма норми зсуву падає з 0,0185 m до 0,0102 m (відношення 0,551), масштаб — з 0,00178 до 0,00063 ppm. MODELLED. Метод, застереження (ділянка біля південного полюса бачить Землю низько або не бачить зовсім) і повна таблиця Гельмерта: docs/lunar-station/geodesy.md.

Джерела#

Кожне джерело за назвою, ідентифікатором і видавцем, з датою отримання та ліцензією. URL, хеші SHA-256 і примітки про розбіжності між джерелами містяться в реєстрі tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md. Жоден файл джерела не розповсюджується повторно. Особисті імена навмисно пропущено.