Лунный изыскатель - Lunar Prospector

Для предлагаемых лунных посадочных устройств см. Геолог (космический корабль) и Исследователь ресурсов (вездеход).
Лунный изыскатель
Lunar Prospector transparent.png
Лунный изыскатель
Тип миссииЛунный орбитальный аппарат
ОператорНАСА
COSPAR ID1998-001A
SATCAT нет.25131
Продолжительность миссии570 дней
Свойства космического корабля
АвтобусLM-100
ПроизводительЛокхид Мартин
Стартовая масса295 кг (650 фунтов)
Сухая масса126 килограммов (278 фунтов)
Мощность202,0 Вт
Начало миссии
Дата запуска7 января 1998 г., 02:28:44 (1998-01-07UTC02: 28: 44Z) универсальное глобальное время
РакетаАфина II
Запустить сайтмыс Канаверал SLC-46
ПодрядчикЛокхид Мартин Космические Системы
Конец миссии
Дата распада31 июля 1999 г., 09:52:02 (1999-07-31UTC09: 52: 03Z) универсальное глобальное время
Параметры орбиты
Справочная системаСеленоцентрический
Эксцентриситет0.00046
Высота периселена99,45 км (61,80 миль)
Высота апоселена101,2 км (62,9 миль)
Наклон90,55 градусов
Период117,9 мин.
Эпоха16 января 1998 г.[1]
Лунный орбитальный аппарат
Орбитальная вставка11 января 1998 г., 10:28 UTC
Место воздействия87 ° 42' ю.ш. 42 ° 06′E / 87,7 ° ю.ш. 42,1 ° в.д. / -87.7; 42.1
Орбиты~7060
Инструменты
Гамма-спектрометр (ГРС)
Лунный изыскатель нейтронный спектрометр (НС)
Спектрометр альфа-частиц (APS)
Доплеровский гравитационный эксперимент (DGE)
Магнитометр (MAG)
Электронный рефлектометр (ЭР)
Знаки отличия Лунного изыскателя.png
Официальные знаки отличия Лунный изыскатель миссия 

Лунный изыскатель была третья миссия, выбранная НАСА для полноценной разработки и строительства в составе Программа открытия.[2] Эта 19-месячная миссия стоимостью 62,8 миллиона долларов была рассчитана на полярная орбита расследование Луна, включая отображение состава поверхности, включая отложения полярного льда, измерения магнитный и сила тяжести поля, и изучение событий выделения газа на Луне. Миссия закончилась 31 июля 1999 г., когда орбитальный аппарат умышленно врезался в кратер рядом с лунным Южный полюс, после успешного обнаружения водяного льда.[3][4]

Данные миссии позволили построить подробную карту состава поверхности Луны и помогли улучшить понимание происхождения, эволюции, текущего состояния и ресурсов Луны. В журнале опубликовано несколько статей о научных результатах. Наука.[5][6]

Лунный изыскатель управлялся Исследовательский центр НАСА Эймса с генеральным подрядчиком Локхид Мартин. Главным исследователем миссии был Алан Биндер. Его личный отчет о миссии, Lunar Prospector: вопреки всему, крайне критично относится к бюрократии НАСА в целом и его подрядчиков.[7]

В 2013 году на нестабильной орбите вокруг Земли был обнаружен неопознанный объект, которому был присвоен предварительный номер WT1190F. После того, как он упал в Индийский океан, он был идентифицирован как, вероятно, транслунный инжектор Lunar Prospector.[8]

Космические аппараты и подсистемы

Полностью собранный Лунный изыскатель космический корабль показан спаренным на вершине модуля Star 37 Trans Lunar Injection.

Космический корабль представлял собой графитно-эпоксидный барабан диаметром 1,36 м (4 фута 6 дюймов) и высотой 1,28 м (4 фута 2 дюйма) с тремя радиальными стрелами для инструментов по 2,5 м (8 футов 2 дюйма). Удлинитель на 1,1 м (3 фута 7 дюймов) на конце одной из 2,5-метровых стрел удерживал магнитометр. Полная начальная масса (полностью заправленная) составляла 296 кг (653 фунта). Он был стабилизирован вращением (номинальная скорость вращения 12 об / мин) с его осью вращения, перпендикулярной плоскости эклиптики. Космический корабль контролировали шесть гидразин одноразовое топливо 22-ньютонные подруливающие устройства (два на корме, два вперед и два тангенциальных). Три топливных бака, установленных внутри барабана, содержали 138 кг (304 фунта) гидразина под давлением гелия. Система питания состояла из установленных на теле солнечных элементов, которые вырабатывали в среднем 186 Вт и 4,8 А.·ч перезаряжаемый NiCd аккумулятор.

Связь была через два Группа S транспондеры, сегментированная фазированная антенная решетка со средним усилением для нисходящей линии связи и всенаправленная антенна с низким усилением для нисходящей и восходящей линий связи. Бортовой компьютер был Харрис 80C86 с 64 килобайты из EEPROM и 64 килобайта статических баран. Все управление осуществлялось с земли, компьютер повторял каждую команду на землю для проверки. Как только команда была подтверждена с земли, команда «выполнить» с земли приказала компьютеру продолжить выполнение команды. Компьютер построил данные телеметрии как комбинацию немедленных данных, а также считал их из буфер кольцевой очереди что позволило компьютеру повторить данные, которые он прочитал 53 минуты назад. Этот простой твердотельный регистратор обеспечивал получение всех данных, собранных во время периодов отключения связи, при условии, что время отключения не превышало 53 минут.

Зонд также обнаружил небольшое количество остатков Юджин Шумейкер (28 апреля 1928 - 18 июля 1997), астроном и соавтор Комета Шумейкера-Леви 9, на Луну на космическое захоронение.

Профиль миссии

Впечатление художника от НАСА с Лунный изыскатель зонд покидает околоземную орбиту после отделения от ракеты-носителя четвертой ступени.
Анимация Lunar Prospectorс траектория с 7 января 1998 г. по 19 января 1998 г.
  Лунный изыскатель ·   Луна
Анимация Lunar Prospectorс траектория вокруг Луна с 11 января 1998 г. по 20 января 1998 г.
  Лунный изыскатель   Луна

После запуска 7 января 1998 г. UT (6 января EST) на борту четырехступенчатого Афина II ракета, Лунный изыскатель совершил 105-часовой круиз на Луну. Во время крейсерского полета были развернуты три инструментальных стрелы. MAG и APS собирали данные калибровки, в то время как GRS, NS и ER выделяли газ в течение одного дня, после чего они также собирали данные калибровки в окололунное пространство. Корабль был выведен на орбиту захвата с периодом 11,6 часа вокруг Луны в конце фазы полета. Через 24 часа Лунный изыскатель был выведен на промежуточную орбиту с периодом 3,5 часа, после чего 24 часа спустя (13 января 1998 г.) был переведен на предварительную картографическую орбиту 92 км × 153 км (57 миль × 95 миль), а затем 16 января переведен на почти круговая орбита для картирования Луны с номинальной высотой 100 км (62 мили) с наклонением 90 градусов и периодом 118 минут. Данные лунной калибровки собирались на орбитах 11,6 и 3,5 часа. Сбор данных по лунному картированию начался вскоре после выхода на 118-минутную орбиту. Сбор данных периодически прерывался во время полета, как и планировалось, для обслуживания орбиты, которое имело место для рециркуляции орбиты всякий раз, когда периселен или же апоселен был от более чем 20 км (12 миль) до 25 км (16 миль) от номинальной орбиты 100 км; это происходило примерно раз в месяц. 19 декабря 1998 года в результате маневра орбита была понижена до 40 км (25 миль) для проведения исследований с более высоким разрешением. 28 января орбита была изменена на 15 км × 45 км (9,3 × 28,0 миль), завершив однолетнюю основную миссию и начав расширенную миссию.

Путь Лунный изыскатель Космический зонд

Миссия закончилась 31 июля 1999 г. в 9:52:02 UT (5:52:02 EDT), когда Лунный изыскатель был направлен на преднамеренное столкновение в постоянно затененной области Сапожник кратер возле южного полюса Луны. Была надежда, что удар высвободит водяной пар из предполагаемых ледяных отложений в кратере и что шлейф можно будет обнаружить с Земли; однако такого шлейфа не наблюдалось.

В Лунный изыскатель Миссия была третьей миссией, выбранной НАСА для полной разработки и запуска в рамках программы NASA Discovery. Общая стоимость миссии составила 63 миллиона долларов, включая разработку (34 миллиона долларов), ракету-носитель (~ 25 миллионов долларов) и эксплуатацию (~ 4 миллиона долларов).

Инструменты

На борту корабля было шесть приборов: Гамма-спектрометр, а Нейтронный спектрометр, а Магнитометр, Электронный рефлектометр, Спектрометр альфа-частиц, и эксперимент доплеровской гравитации. Инструменты были всенаправленными и не требовали секвенирования. Обычная последовательность наблюдений заключалась в непрерывной записи данных по нисходящей линии связи.

Гамма-спектрометр (GRS)

В Лунный изыскатель Гамма-спектрометр (GRS) произвел первые глобальные измерения гамма-луч спектры от лунной поверхности, по которым производятся первые «прямые» измерения химического состава для всей лунной поверхности.

GRS представлял собой небольшой цилиндр, который устанавливался на конце одной из трех радиальных стрел длиной 2,5 м (8 футов 2 дюйма), выходящих из Лунный изыскатель. Он состоял из кристалла германата висмута, окруженного экраном из борированного пластика. Гамма-лучи, падающие на атомы висмута, вызывали вспышку света с интенсивностью, пропорциональной энергии гамма-излучения, которая регистрировалась детекторами. Энергия гамма-излучения связана с элементом, ответственным за его излучение. Из-за низкого отношения сигнал / шум потребовалось несколько проходов для получения статистически значимых результатов. При девяти проходах в месяц ожидалось, что для уверенной оценки содержания тория, калия и урана потребуется около трех месяцев, а для других элементов - 12 месяцев. Точность зависит от измеряемого элемента. Для U, Th и K точность составляет от 7% до 15%, для Fe 45%, для Ti 20% и для общего распределения KREEP от 15% до 30%. Экран из борированного пластика использовался при регистрации быстрых нейтронов. GRS был разработан для обеспечения глобального покрытия с высоты примерно 100 км (62 миль) и с разрешением поверхности 150 км (93 мили).[9]

Инструмент нанес на карту распределение различных важных элементов на Луне. Например, Лунный изыскатель GRS идентифицировал несколько областей с высокими концентрациями железа.[10]

Торий концентрации на Луне, как показано на карте Лунный изыскатель

Основная цель эксперимента GRS состояла в том, чтобы предоставить глобальные карты содержания элементов на поверхности Луны. GRS был разработан для регистрации спектра гамма-излучения, испускаемого:

  1. радиоактивный распад элементов, содержащихся в коре Луны; и
  2. элементы в коре подвергаются бомбардировке космическими лучами и частицами солнечного ветра.

Наиболее важными элементами, обнаруживаемыми GRS, были уран (U), торий (Th) и калий (K), радиоактивные элементы, которые спонтанно генерируют гамма-лучи, а также железо (Fe), титан (Ti), кислород (O), кремний. (Si), алюминий (Al), магний (Mg) и кальций (Ca), элементы, которые испускают гамма-лучи при попадании космических лучей или частиц солнечного ветра. Уран, торий и калий, в частности, использовались для определения местоположения КРИП (калий, редкоземельные элементы и фосфорсодержащий материал, который, как полагают, образовался на поздней стадии формирования коры и верхней мантии и поэтому важен для понимания эволюции Луны). GRS также был способен обнаруживать быстрые (надтепловые) нейтроны, что дополнило нейтронный спектрометр при поиске воды на Луне.

Нейтронный спектрометр (НС)

На основе Лунный изыскатель Данные нейтронного спектрометра (NS), ученые миссии определили, что существует достаточно доказательств для лунный водяной лед в полярных кратерах Луны,[11] примерно 3 миллиарда метрических тонн (800 миллиардов галлонов США).

Нейтронный спектрометр представлял собой узкий цилиндр, расположенный вместе со спектрометром альфа-частиц на конце одного из трех радиальных Лунный изыскатель бум науки. Инструмент имел разрешение поверхности 150 км (93 мили). Нейтронный спектрометр состоял из двух контейнеров с гелием-3 и счетчика энергии в каждой. Любые тепловые нейтроны, сталкивающиеся с атомами гелия, дают энергетическую сигнатуру, которую можно обнаружить и подсчитать. Одна из канистр была завернута в кадмий, и один в банка. Кадмий экранирует тепловые нейтроны (низкоэнергетические или медленно движущиеся), а олово - нет. Тепловые нейтроны космический луч -генерированные нейтроны, потерявшие большую часть своей энергии при столкновениях с атомами водорода. Различия в счетчиках между двумя контейнерами указывают на количество обнаруженных тепловых нейтронов, что, в свою очередь, указывает количество водорода в коре Луны в данном месте. Большое количество водорода, вероятно, связано с присутствием воды.

НС был разработан для обнаружения крошечных количеств водяного льда, которые, как предполагалось, существовали на Луне. Он был способен обнаруживать водяной лед на уровне менее 0,01%. Для исследований полярных льдов НС должна была исследовать полюса до 80 градусов широты с чувствительностью по водороду не менее 10 промилле по объему. Для исследований имплантированного водорода NS был предназначен для исследования всего земного шара с чувствительностью 50 ppmv. У Луны есть ряд постоянно затененных кратеров возле полюсов с постоянной температурой -190 ° C (-310,0 ° F). Эти кратеры могут действовать как холодные ловушки воды от входящих комет и метеороидов. Любая вода из этих тел, попавшая в эти кратеры, могла навсегда замерзнуть. НЗ также использовался для измерения содержания водорода, имплантированного Солнечный ветер.

Спектрометр альфа-частиц (APS)

Спектрометр альфа-частиц (APS) представлял собой куб размером примерно 18 см (7,1 дюйма), расположенный вместе с нейтронным спектрометром на конце одного из трех радиальных 2,5 м (8 футов 2 дюйма) Лунный изыскатель бум науки. В нем было десять кремниевых детекторов, зажатых между золотом и алюминиевые диски расположены на пяти из шести сторон куба. Альфа-частицы, образующиеся при распаде радона и полония, оставляют следы заряда на кремниевых пластинах, когда они сталкиваются с кремнием. На кремний подается высокое напряжение, и ток усиливается за счет того, что направляется по дорожкам к алюминиевому диску, и записывается для идентификации. APS был разработан для проведения глобального исследования событий выброса газа и распределения полония с разрешением поверхности 150 км (93 мили) и точностью 10%.

APS был разработан для обнаружения радон события дегазации на поверхности Луны. APS записал альфа-частица сигнатуры радиоактивного распада газообразного радона и его побочных продуктов, полоний. Предполагается, что эти предполагаемые газовыделения, при которых выделяются радон, азот и углекислый газ, являются источником разреженной лунной атмосферы и могут быть результатом вулканической / тектонической активности на Луне на низком уровне. Информация о существовании, времени и источниках этих событий может помочь в определении стиля и скорости лунной тектоники.

АПС был поврежден во время запуска, разрушив одно из пяти обнаруживающих лиц. Кроме того, из-за солнечное пятно активность достигла пика во время миссии, лунные данные были скрыты солнечными помехами. Информация была в конечном итоге восстановлена ​​путем вычитания эффектов солнечной активности.

Доплеровский гравитационный эксперимент (DGE)

Визуализация лунного гравитационного поля на основе коэффициентов сферической гармоники, определяемых из Лунный изыскатель данные. Левая часть изображения показывает обратную сторону Луны, где можно увидеть повышенную неопределенность в гравитационном поле.

Доплеровский гравитационный эксперимент (DGE) был первым полярным, низковысотным картированием лунного гравитационного поля. В Клементина миссия ранее создавал карту с относительно низким разрешением, но Изыскатель DGE получил данные примерно в пять раз больше детализации: «первую действительно действующую гравитационную карту Луны».[12] Практические преимущества этого - более стабильные долгосрочные орбиты и лучшая топливная эффективность. Кроме того, ожидается, что данные DGE помогут исследователям больше узнать о происхождении Луны и природе лунного ядра. DGE определила три новых ближних массовая концентрация регионы.

Цель Лунный изыскатель DGE должен был узнать о поверхностном и внутреннем распределении массы Луны. Это достигается путем измерения Доплеровский сдвиг в S-диапазон сигнал слежения, когда он достигает Земли, который может быть преобразован в ускорение космического корабля. Ускорения могут быть обработаны для получения оценок лунного гравитационного поля, на основе которых можно моделировать местоположение и размер массовых аномалий, влияющих на орбиту космического корабля. Оценки поверхностного и внутреннего распределения массы дают информацию о коре, литосфере и внутреннее устройство Луны.

Этот эксперимент предоставил первые данные о лунной гравитации с низкой полярной орбиты. Поскольку для этого эксперимента требовалось отслеживание линии прямой видимости, с помощью этого доплеровского метода можно было оценить только ближнее гравитационное поле. Эксперимент был побочным продуктом космического корабля Группа S отслеживание и поэтому не имеет перечисленных требований к весу или мощности. Эксперимент был разработан, чтобы получить ближнее гравитационное поле с разрешением поверхности 200 км (120 миль) и точностью 5 мГал (0,05 мм / с²) в виде сферическая гармоника коэффициенты к градусу и порядку 60. В расширенной миссии, в которой космический корабль спускался на орбиту с высотой 50 км (31 миль), а затем до 10 км (6,2 мили), ожидалось, что это разрешение улучшится в раз 100 или больше.

Телеметрический сигнал по нисходящей линии связи передавался на частоте 2273 МГц в полосе пропускания ± 1 МГц в виде правого кругового сигнала. поляризованный сигнал с номинальной мощностью 5 Вт и пиковой мощностью 7 Вт. Командные восходящие линии передавались на частоте 2093,0542 МГц в полосе пропускания ± 1 МГц. Транспондер был стандартным транспондером Loral / Conic S-Band. Для восходящей и нисходящей линии связи можно использовать всенаправленную антенну или спиральную антенну со средним усилением (только для нисходящей линии связи). Поскольку космический аппарат был стабилизирован по вращению, вращение приводило к смещению доплеровского сигнала из-за вращения диаграммы направленности антенны космического корабля относительно земной станции на 0,417 Гц (27,3 мм / с) для всенаправленной антенны и -0,0172 Гц ( -1,12 мм / с) для антенны со средним усилением. Данные LOS были взяты с интервалом 5 секунд, чтобы учесть примерно 5-секундную скорость вращения космического корабля, оставив остаточную величину менее 0,1 мм / с.

Электронный рефлектометр и магнитометр (MAG / ER)

Магнитометр и электронный рефлектометр (вместе MAG / ER) обнаружили аномальные поверхностные магнитные поля на Луне, которые резко контрастируют с глобальным магнитосфера (чего нет на Луне). общее магнитное поле Луны слишком слабое, чтобы отклонять Солнечный ветер, но MAG / ER обнаружил небольшую поверхностную аномалию, которая может это сделать. Поэтому эту аномалию диаметром около 100 км (62 мили) называют «самой маленькой известной магнитосферой. магнитослой и ударная волна система в Солнечной системе ".[13] Из-за этой и других магнитных особенностей поверхности Луны водород, осажденный Солнечный ветер распределен неравномерно, будучи более плотным на периферии магнитных элементов. Поскольку плотность водорода является желательной характеристикой гипотетических лунных баз, эта информация может быть полезна при выборе оптимальных мест для возможных долгосрочных миссий на Луну.

Электронный рефлектометр (ER) и магнитометр (MAG) были разработаны для сбора информации о лунных магнитные поля. Луна не имеет глобального магнитного поля, но у нее есть слабые локализованные магнитные поля на ее поверхности. Это могут быть палеомагнитные остатки бывшего глобального магнитного поля или могут быть вызваны метеор удары или другие местные явления. Этот эксперимент должен был помочь сопоставить эти поля и предоставить информацию об их происхождении, а также провести возможное исследование распределения минералы на поверхности Луны, помогает в определении размера и состава ядра Луны, а также предоставляет информацию о лунном магнитном поле. диполь.

ER определил местоположение и силу магнитных полей от энергетический спектр и направление электроны. Инструмент измерил высоту тона углы из Солнечный ветер электроны, отраженные от Луны лунными магнитными полями. Более сильные локальные магнитные поля могут отражать электроны с большими питч-углами. Напряженность поля всего 0,01 нТл можно было измерить с пространственной точностью около 3 км (1,9 мили) на поверхности Луны. МАГ был трехосным феррозондовым магнитометром, похожим по конструкции на прибор, используемый на Mars Global Surveyor. Он мог измерять магнитное поле амплитуда и направление на высоте космического корабля с пространственным разрешением около 100 км (62 мили) при окружающих условиях. плазма нарушения минимальны.

ER и блок электроники были расположены в конце одной из трех радиальных стрел на Лунный изыскатель. MAG, в свою очередь, был расширен за счет стрелы 0,8 м (2 фута 7 дюймов) - всего 2,6 м (8 футов 6 дюймов) от Лунный изыскатель для того, чтобы изолировать его от космических кораблей, создаваемых магнитными полями. Инструменты ER и MAG имели общую массу 5 кг (11 фунтов) и использовали 4,5 кг. Вт власти.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Лунный изыскатель". НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали траектории. НАСА. 2016-04-27. Получено 2016-08-02.
  2. ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали». nssdc.gsfc.nasa.gov. Получено 2018-07-04.
  3. ^ "Эврика! Лед обнаружен на полюсах Луны". НАСА.
  4. ^ «Лед на Луне». nssdc.gsfc.nasa.gov. Получено 2018-07-04.
  5. ^ Коноплив А.С. А. Б. Биндер; Л. Л. Худ; А. Б. Кучинскас; W. L. Sjogren; Дж. Г. Уильямс (1998). "Улучшенное гравитационное поле Луны от Лунный изыскатель". Наука. 281 (5382): 1476–80. Bibcode:1998Научный ... 281.1476K. Дои:10.1126 / science.281.5382.1476. PMID  9727968.
  6. ^ Биндер, Алан Б. (1998-09-04). "Лунный изыскатель: обзор". Наука. 281 (5382): 1475–1476. Bibcode:1998Sci ... 281.1475B. Дои:10.1126 / science.281.5382.1475. ISSN  0036-8075. PMID  9727967.
  7. ^ Биндер, Алан Б. (2005). Lunar Prospector: вопреки всему. Тусон: Кен Пресс. п. 1181. ISBN  978-1-928771-31-9. OCLC  61137782.
  8. ^ Бергер, Эрик (2016-01-14). «Огненный космический мусор, упавший на Землю в ноябре, вероятно, от лунной ракеты». Ars Technica. Получено 2019-03-24.
  9. ^ Д. Дж. Лоуренс; У. К. Фельдман; Б. Л. Барраклаф; А. Б. Биндер; Р. К. Эльфик; С. Морис; Д. Р. Томсен (1998). "Глобальные карты стихий Луны: Лунный изыскатель Гамма-спектрометр ». Наука. 281 (5382): 1484–1489. Bibcode:1998Научный ... 281.1484L. Дои:10.1126 / science.281.5382.1484. PMID  9727970.
  10. ^ «Распределение железа - Лунный изыскатель". НАСА. Архивировано из оригинал на 2008-06-26. Получено 2008-07-14.
  11. ^ «Результаты нейтронного спектрометра». НАСА. Архивировано из оригинал на 2008-05-31. Получено 2008-07-14.
  12. ^ "Результаты эксперимента по доплеровской гравитации". НАСА. Архивировано из оригинал на 2008-07-12. Получено 2008-07-14.
  13. ^ «Результаты магнитометра / электронного рефлектометра». НАСА. Архивировано из оригинал на 2010-05-27. Получено 2008-07-14.

внешняя ссылка