Лунный изыскатель

редактировать

Для предлагаемых лунных посадочных устройств см. Prospector (космический корабль) и Resource Prospector (марсоход).
Лунный изыскатель
Лунный изыскатель transparent.png Лунный изыскатель
Тип миссии Лунный орбитальный аппарат
Оператор НАСА
COSPAR ID 1998-001A
SATCAT нет. 25131
Продолжительность миссии 570 дней
Свойства космического корабля
Автобус LM-100
Производитель Локхид Мартин
Стартовая масса 295 кг (650 фунтов)
Сухая масса 126 кг (278 фунтов)
Власть 202,0 Вт
Начало миссии
Дата запуска 7 января 1998 г., 02:28:44  UTC ( 1998-01-07UTC02: 28: 44Z)
Ракета Афина II
Запустить сайт Мыс Канаверал SLC-46
Подрядчик Локхид Мартин Космические Системы
Конец миссии
Дата распада 31 июля 1999 г., 09:52:02  UTC ( 1999-07-31UTC09: 52: 03Z)
Параметры орбиты
Справочная система Селеноцентрический
Эксцентриситет 0,00046
Высота периселена 99,45 км (61,80 миль)
Высота апоселена 101,2 км (62,9 миль)
Наклон 90,55 градусов
Период 117,9 мин.
Эпоха 16 января 1998 г.
Лунный орбитальный аппарат
Орбитальная вставка 11 января 1998 г., 10:28 UTC
Место воздействия 87 ° 42'Ю.ш. 42 ° 06'В. / 87,7 ° ю.ш. 42,1 ° в.д. / -87,7; 42,1
Орбиты ~ 7060
Инструменты
Гамма-спектрометр (GRS) Lunar Prospector, нейтронный спектрометр (NS) Спектрометр альфа-частиц (APS) Доплеровский гравитационный эксперимент (DGE) Магнитометр (MAG) Электронный рефлектометр (ER)
Знаки отличия Лунного изыскателя.png Официальный знак миссии Lunar Prospector Программа открытия ←  РЯДОМ Сапожник Звездная пыль  →  

Lunar Prospector была третьей миссией, выбранной НАСА для полной разработки и строительства в рамках программы Discovery. Эта 19-месячная миссия стоимостью 62,8 миллиона долларов была разработана дляисследования Луны на низкой полярной орбите, включая составление карты состава поверхности, включая полярные ледяные отложения, измерения магнитных и гравитационных полей, а также изучение явлений выделения газа из Луны. Миссия закончилась 31 июля 1999 года, когда орбитальный аппарат намеренно врезался в кратер возле южного полюса Луныпосле того, как было успешно обнаружено присутствие водяного льда.

Данные миссии позволили построить подробную карту состава поверхности Луны и помогли улучшить понимание происхождения, эволюции, текущего состояния и ресурсов Луны. Несколько статей о научных результатах были опубликованы в журнале Science.

Lunar Prospector находился под управлением исследовательского центра NASA Ames Research Center с генеральным подрядчиком Lockheed Martin. Главным исследователем миссии был Алан Биндер. Его личный отчет о миссии, Lunar Prospector: Against All Odds, резко критикует бюрократию НАСА в целом и его подрядчиков.

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.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Космический аппарат и подсистемы
  • 2 Профиль миссии
  • 3 инструмента
    • 3.1 Гамма-спектрометр (GRS)
    • 3.2 Нейтронный спектрометр (NS)
    • 3.3 Спектрометр альфа-частиц (APS)
    • 3.4 Доплеровский гравитационный эксперимент (DGE)
    • 3.5 Электронный рефлектометр и магнитометр (MAG / ER)
  • 4 См. Также
  • 5 ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Космические аппараты и подсистемы

Полностью собранный космический корабль Lunar Prospector показан 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 приборов по 2,5 м (8 футов 2 дюйма). Удлинитель длиной 1,1 м (3 фута 7 дюймов) на конце одной из штанг длиной 2,5 м удерживал магнитометр. Полная начальная масса (полностью заправленная) составляла 296 кг (653 фунта). Он был стабилизирован по вращению (номинальная скорость вращения 12 об / мин) с его осью вращения, перпендикулярной плоскости эклиптики. Управление космическим кораблем осуществлялось шестью гидразиновыми монотопливными двигателями мощностью 22 ньютона (два кормовых, два передних и два тангенциальных). Три топливных бака, установленных внутри барабана, вмещали 138 кг (304 фунта) гидразина под давлением гелия. Система питания состояла из смонтированных на корпусе солнечных элементов, которые производили в среднем 186 Вт, и перезаряжаемой никель-кадмиевой батареи на 4,8 А ч.

Связь осуществлялась через два транспондера S- диапазона, щелевую фазированную антенну со средним усилением для нисходящей линии связи и всенаправленную антенну с низким усилением для нисходящей и восходящей линий связи. Компьютер на борту был Harris 80C86 с 64 килобайт в EEPROM и 64 кбайт статического ОЗУ. 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 буфера 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 доставил небольшое количество останков Юджина Шумейкера (28 апреля 1928 - 18 июля 1997), астронома и соавтора кометы Шумейкера-Леви 9, на Луну для космического захоронения.

Профиль миссии

Впечатление Художника НАСА «s Lunar Prospector зонда оставляя околоземную орбиту после отделения от бустера четвертой стадии. Анимация траектории Lunar Prospector с 7 января 1998 г. по 19 января 1998 г.    Лунный изыскатель      Луна Анимация Lunar Prospector «S траектории вокруг Луны от 11 января 1998 года по 20 января 1998 года    Лунный изыскатель   Луна

После запуска на 7 января 1998 UT (6 января EST) на борту четыре этапа Athena II ракеты, Lunar Prospector имел 105-часовой круиз на Луну. Во время крейсерского полета были развернуты три приборных 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 цислунном пространстве. Корабль был выведен на орбиту захвата с периодом 11,6 часа вокруг Луны в конце фазы полета. Спустя 24 часа Lunar Prospector 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 на 16 января, путем вывода на околоземную орбиту с номинальной высотой 100 км (62 мили) для картирования полярной лунной орбиты с наклоном 90 градусов и периодом 118 минут. Данные лунной калибровки были собраны на орбитах 11,6 и 3,5 часа. Сбор данных лунного картирования начался вскоре после выхода на 118-минутную орбиту. Сбор данных периодически прерывался во время миссии, как и планировалось, для обслуживания орбиты, которые имели место для рециркуляции орбиты всякий раз, когда периселен или апоселен находился на расстоянии более 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 снова на 15 км × 45 км (9,3 × 28,0 миль), завершив однолетнюю основную миссию и начав расширенную миссию.

Космический зонд Path of Lunar Prospector

Миссия закончилась 31 июля 1999 года в 9:52:02 UT (5:52:02 EDT), когда Lunar Prospector был умышленно направлен на столкновение в постоянно затененной области кратера Шумейкера около 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.

Миссия Lunar Prospector 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 космическом корабле было шесть инструментов: гамма-спектрометр, нейтронный спектрометр, магнитометр, электронный рефлектометр, спектрометр альфа-частиц и эксперимент с доплеровской гравитацией. Инструменты были всенаправленными и не требовали секвенирования. Обычная последовательность наблюдений заключалась в непрерывной записи данных по нисходящей линии связи.

Гамма-спектрометр (GRS)

Лунный Геолог гамма - спектрометр (GRS) произвел первые глобальные измерения гамма- спектров от поверхности Луны, из которого получены первые «прямые» измерения химического состава для всей поверхности Луны.

GRS представлял собой небольшой цилиндр, который был установлен на конце одной из трех радиальных стрел длиной 2,5 м (8 футов 2 дюйма), отходящих от Lunar Prospector. 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 предполагалось, 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%. Борированный пластиковый экран 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).

Инструмент нанес на карту распределение различных важных элементов на Луне. Например, Lunar Prospector GRS идентифицировал несколько регионов с высокими концентрациями железа.

Концентрация тория на Луне, по данным Lunar Prospector

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; а также
  2. элементы в коре бомбардируются 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 составления карты местоположения KREEP (калий, редкоземельные элементы и фосфорсодержащий материал, который, как полагают, образовался на поздних этапах формирования коры и верхней мантии и поэтому является важно для понимания эволюции Луны). GRS также был способен обнаруживать быстрые (надтепловые) нейтроны, что дополняло нейтронный спектрометр при поиске воды на Луне.

Нейтронный спектрометр (НС)

Основываясь на данных нейтронного спектрометра (NS) Lunar Prospector, ученые миссии определили, что существует достаточно доказательств наличия лунного водяного льда в полярных кратерах Луны, объем которого оценивается в 3 миллиарда тонн (800 миллиардов галлонов США).

Нейтронный спектрометр представлял собой узкий цилиндр, расположенный вместе со спектрометром альфа-частиц в конце одного из трех радиальных научных штанг Lunar Prospector. Инструмент имел разрешение поверхности 150 км (93 мили). Нейтронный спектрометр состоял из двух контейнеров с гелием-3 в каждой и счетчика энергии. Любые тепловые нейтроны, сталкивающиеся с атомами гелия, дают энергетическую сигнатуру, которую можно обнаружить и подсчитать. Одна из канистр была обернута кадмием, а другая - оловом. Кадмий экранирует тепловые нейтроны (низкоэнергетические или медленно движущиеся), а олово - нет. Тепловые нейтроны - это нейтроны, генерируемые космическими лучами, которые теряют большую часть своей энергии при столкновениях с атомами водорода. Различия в счетах между двумя контейнерами указывают на количество обнаруженных тепловых нейтронов, что, в свою очередь, указывает на количество водорода в коре Луны в данном месте. Большое количество водорода, вероятно, связано с присутствием воды.

НС была разработана для обнаружения небольших количеств водяного льда, которые, как предполагалось, существовали на Луне. Он был способен обнаруживать водяной лед на уровне менее 0,01%. Для изучения полярных льдов НС должна была исследовать полюса на широте 80 градусов 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 несколько 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 солнечным ветром.

Спектрометр альфа-частиц (APS)

Спектрометр альфа-частиц (APS) представлял собой куб примерно 18 см (7,1 дюйма), расположенный вместе с нейтронным спектрометром на конце одного из трех радиальных 2,5-метровых (8 футов 2 дюйма) научных бонов Lunar Prospector. Он содержал десять кремниевых детекторов, зажатых между золотыми и алюминиевыми дисками, расположенными 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 событий выделения радона на поверхности Луны. APS зарегистрировал сигнатуры альфа-частиц радиоактивного распада газообразного радона и его побочного продукта, полония. Эти предполагаемые события газовыделения, при которых выделяются радон, азот и углекислый газ, предположительно 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 пика активности солнечных пятен 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, определенных по данным Lunar Prospector. 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. Клементина миссия была ранее выпустил карту с относительно низким разрешением, но Геолог DGE получили данные примерно в пять раз, как описано: «первый действительно эксплуатационное гравитация карта Луны». Практические преимущества этого - более стабильные долгосрочные орбиты и лучшая топливная экономичность. Кроме того, ожидается, что данные DGE помогут исследователям больше узнать о происхождении Луны и природе лунного ядра. DGE идентифицировал три новых ближних области массовой концентрации.

Целью Lunar Prospector DGE было узнать о поверхностном и внутреннем распределении массы Луны. Это достигается путем измерения доплеровского сдвига в сигнале отслеживания S-диапазона, 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 смоделировать местоположение и размер массовых аномалий, влияющих на орбиту космического корабля. Оценки поверхностного и внутреннего распределения массы дают информацию о коре, литосфере и внутреннем строении 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 слежения за S-диапазоном космического корабля, и поэтому не имеет перечисленных требований к весу или мощности. Эксперимент был разработан для получения поля силы тяжести на ближней стороне с разрешением поверхности 200 км (120 миль) и точностью 5 мГал (0,05 мм / с²) в форме коэффициентов сферической гармоники с точностью до градуса и порядка 60. В расширенном виде В миссии, в которой космический аппарат спускался на орбиту с высотой 50 км (31 миль), а затем до 10 км (6,2 мили), ожидалось, что это разрешение улучшится в 100 или более раз.

Сигнал телеметрии по нисходящей линии связи передавался на частоте 2273 МГц в полосе пропускания ± 1 МГц как сигнал с правой круговой поляризацией при номинальной мощности 5 Вт и пиковой мощности 7 Вт. Командные линии вверх передавались на частоте 2093,0542 МГц в диапазоне ± 1 МГц. пропускная способность. Транспондер был стандартным транспондером Loral / Conic S-Band. Всенаправленная антенна может использоваться для восходящей и нисходящей линий связи или спиральная антенна со средним усилением (только для нисходящей линии связи). Поскольку космический аппарат был стабилизирован по вращению, вращение привело 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 ошибку менее 0,1 мм / с.

Собранные подробные данные показали, что для низкой лунной орбиты единственные устойчивые или « замороженные орбиты » имеют наклонения около 27º, 50º, 76º и 86º.

Электронный рефлектометр и магнитометр (MAG / ER)

Магнитометр и электронный рефлектометр (вместе MAG / ER) обнаружили аномальные поверхностные магнитные поля на Луне, которые резко контрастируют с глобальной магнитосферой (которой на Луне нет). 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 из известных магнитосферных, магнитослоевых и головных ударных систем в Солнечной системе». Из-за этой и других магнитных особенностей поверхности Луны водород, осаждаемый солнечным ветром, распределяется неравномерно, будучи более плотным на периферии магнитных элементов. Поскольку плотность водорода является желательной характеристикой для 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 магнитных полях. у Луны нет глобального магнитного поля, но у нее есть слабые локализованные магнитные поля на ее поверхности. Это могут быть палеомагнитные остатки бывшего глобального магнитного поля, или они могут быть вызваны ударами метеоров или другими местными явлениями. Этот эксперимент должен был помочь составить карту этих полей и предоставить информацию об их происхождении, позволить возможное изучение распределения минералов на поверхности Луны, помочь в определении размера и состава лунного ядра и предоставить информацию о лунном магнитном диполе..

ER определил местоположение и силу магнитных полей по энергетическому спектру и направлению электронов. Инструмент измеряется шаг углов от солнечного ветра электронов, отраженных от Луны лунных магнитных полей. Более сильные локальные магнитные поля могут отражать электроны с большими питч-углами. Напряженность поля до 0,01 нТл может быть измерена с пространственной точностью около 3 км (1,9 мили) на поверхности Луны. MAG был трехосным феррозондовым магнитометром, похожим по конструкции на инструмент, используемый на Mars Global Surveyor. Он может измерять амплитуду и направление магнитного поля на высоте космического корабля с пространственным разрешением около 100 км (62 мили), когда окружающие плазменные возмущения минимальны.

ER и блок электроники были расположены в конце одной из трех радиальных стрел на Lunar Prospector. MAG, в свою очередь, был расширен на стрелу 0,8 м (2 фута 7 дюймов) - в сумме 2,6 м (8 футов 6 дюймов) от Lunar Prospector, чтобы изолировать его от магнитных полей, генерируемых космическим кораблем. Инструменты ER и MAG имели общую массу 5 кг (11 фунтов) и потребляли мощность 4,5 Вт.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-04-21 01:52:21
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте