Prospecteur lunaire

La mission lunaire du prospecteur était le tiers choisi par NASA pour le pleins développement et construction en tant qu'élément du programme de découverte de .8 millions, la mission de 19 mois a été conçue pour une recherche polaire de l'orbite de bas sur la lune , y compris la cartographie de composition extérieure et des gisements polaires possibles de la glace , les mesures du les champs magnétiques de la pesanteur de et de , et l'étude des événements lunaires de dégazage. La mission a fini le 31 juillet , le 1999 quand la navette spatiale a été délibérément écrasée dans un cratère près du pôle du sud lunaire dans une tentative non réussie de détecter la présence de l'eau.

Les données de la mission ont permis la construction d'une carte détaillée de composition extérieure de la lune, et ont aidé à améliorer l'arrangement d'origine, de l'évolution, de l'état actuel, et des ressources en lune. Une série d'articles sur les résultats scientifiques a été éditée en la Science (issue 5382 de de journal de volume 281 de la Science).

Le prospecteur lunaire a été contrôlé hors du centre de recherches de la NASA Ames de avec le Lockheed Martin d'entrepreneur principal. L'investigateur principal pour la mission était Dr. Son compte personnel du " de mission ; Contre tout l'Odds" ; (édité en 2005 par KenPress, ISBN 1-928771-31-9) critique fortement - la bureaucratie de la NASA en général et de ses entrepreneurs.

Vaisseau spatial et sous-systèmes

Le vaisseau spatial était un tambour graphite-époxyde, de 1.36 mètre de diamètre et de 1.28 mètre de haut avec le radial trois des perches d'instrument de 2. Une perche de prolongation de 1.1 m à la fin d'une des perches de 2.5 m a tenu le magnétocompteur. La masse initiale totale (entièrement alimentée) était de 296 kilogrammes. Elle tourner-a été stabilisée (taux nominal 12 t/mn de rotation) avec sa normale d'axe de rotation à l'avion écliptique. Le vaisseau spatial a été commandé par six le monergol de l'hydrazine des éjecteurs, deux arrière, deux vers l'avant, et deux de 22 newton tangentiels. Trois réservoirs de carburant ont monté à l'intérieur du tambour ont jugé 138 kilogrammes d'hydrazine pressurisés par l'hélium. Le système d'alimentation s'est composé des piles solaires montées sur le corps qui ont produit une moyenne de 186 W et un de 4.8 A · batterie rechargeable de NiCd de du h. Les communications étaient par deux transpondeurs de S-bande, une antenne moyenne encochée et à réseaux de dipoles de gain pour la liaison descendante, et un omnidirectionnel bas-gagne l'antenne pour la liaison descendante et la liaison montante. L'ordinateur embarqué était un Harris 80C86 avec 64 kilo-octets de EEPROM et 64 kilo-octets de RAM statique . Toute la commande était de la terre, l'ordinateur faisant écho chaque commande à la terre pour la vérification là. Une fois que la commande était vérifiée moulue, un " ; execute" ; la commande de la terre a indiqué l'ordinateur se poursuivre par l'exécution de la commande. L'ordinateur a établi des données de télémétrie car une combinaison des données immédiates et également lue d'un amortisseur circulaire de file d'attente de qui a permis à l'ordinateur de répéter des données il avait lu 53 minutes plus tôt. Cet enregistreur à semi-conducteur simple s'est assuré que toutes les données rassemblées au cours des périodes d'occultation radioélectrique être reçu.

La sonde a également assumé une petite partie des restes du Dr. le cordonnier ( le 28 avril , d'Eugene de de 1928 ; &ndash ; 18 juillet , 1997 ), astronome et Co-découvreur du Cordonnier-Prélèvement de comète de 9 , à la lune pour un enterrement de l'espace de .

Profil de mission

Le lancement suivant le 7 janvier , le 1998 UT ( est du 6 janvier ) à bord d'un à trois étages Rocket d'Athéna 2 de , le prospecteur lunaire a eu une croisière de 105 heures à la lune. Pendant la croisière, les trois perches d'instrument ont été déployées. Le magnétique et les aps ont rassemblé des données de calibrage, alors que le GRS, le NS, et l'ER outgassed pour un jour, après quoi ils ont également rassemblé des données de calibrage dans l'espace prélunaire. Le métier a été inséré dans une orbite de capture de période de 11.6 heures au sujet de la lune à la fin de la phase de croisière. Après 24 heures le prospecteur lunaire a été inséré dans une orbite intermédiaire de période de 3.5 heures, a suivi 24 heures plus tard (sur 1998 du 13 janvier ) de transfert dans une orbite de cartographie préliminaire de 92 x 153 kilomètres, et puis le 16 janvier d'insertion dans l'orbite de cartographie polaire lunaire nominale d'altitude proche-circulaire de 100 kilomètres avec une inclination de 90 degrés et d'une période de 118 minutes. Des données lunaires de calibrage ont été rassemblées pendant 11.6 - et des orbites de 3. La collecte de données lunaire de cartographie a commencé peu de temps après les 118 l'orbite que minute a été réalisée. La collecte de données a été périodiquement interrompue pendant la mission comme prévu pour les brûlures orbitales d'entretien, qui ont eu lieu pour recircularize l'orbite toutes les fois que le periselene ou l'aposelene était plus de 20 à 25 kilomètres de l'orbite nominale de 100 kilomètres, environ une fois par mois. Sur le le 1998 du 19 décembre , une manoeuvre a abaissé l'orbite à 40 kilomètres pour réaliser des études plus élevées de résolution. L'orbite a été changée encore le 28 janvier à une orbite de 15 x 45 kilomètres, finissant la mission primaire de 1 an et commençant la mission prolongée.

La mission a fini sur le 1999 du 31 juillet à 9h52 : 02 UT (5h52 : 2h EDT) quand le prospecteur lunaire a été délibérément visé pour effectuer dans un secteur de manière permanente ombragé du cratère du cordonnier près du pôle du sud lunaire. On l'a espéré que l'impact libérerait la vapeur d'eau des gisements suspectés de glace dans le cratère et que la plume soit discernable de la terre ; cependant, on n'a observé aucune une telle plume.

La mission lunaire de prospecteur était la troisième mission choisie par la NASA pour le pleins développement et construction en tant qu'élément du programme de la découverte de la NASA. Le coût total pour la mission était $62.8 millions comprenant le développement ($34 millions), le lanceur (~$25 millions) et les opérations (~$4 millions).

Expériences scientifiques

Le vaisseau spatial a porté 6 expériences : un spectromètre de rayon gamma , un spectromètre de neutrons , un magnétocompteur , un réflectomètre d'électron de , un spectromètre de particule ALPHA de , et une expérience de pesanteur de Doppler. Les instruments étaient omnidirectionnels et n'ont exigé aucun ordonnancement. L'ordre normal d'observation était enregistrer et de liaison descendante des données sans interruption.

Spectromètre de rayon gamma (GRS)

Le lunaire GRS de prospecteur a produit les premières mesures globales des spectres des rayons gamma à partir de la surface lunaire, de laquelle sont dérivés le premier " ; direct" ; mesures de la composition chimique pour la surface lunaire entière. Ces données tracent effectivement la distribution de divers éléments importants à travers la lune. Par exemple, le prospecteur lunaire GRS a identifié plusieurs régions avec des concentrations élevées en fer. Pour des cartes des dépôts lunaires du fer , le potassium , et le thorium , voient, et respectivement.

Le but fondamental de l'expérience de GRS était de fournir les cartes globales des abondances élémentaires sur la surface lunaire. Le GRS a été conçu pour enregistrer l'éventail des rayons gamma émis par : 1) la désintégration radioactive des éléments contenus dans la croûte de la lune ; et 2) éléments dans la croûte bombardée par des rayonnements et des particules de vent solaire. Les éléments les plus importants discernables par les GRS étaient l'uranium (u), le thorium (Th), et le potassium (k), les éléments radioactifs qui produisent des rayons gamma spontanément, et le fer (Fe), le titane (Ti), l'oxygène (o), le silicium (Si), l'aluminium (Al), le magnésium (Mg), et le calcium (Ca), les éléments qui émettent des rayons gamma une fois frappés par des rayonnements ou des particules de vent solaire. L'uranium, le thorium, et le potassium en particulier ont été employés pour tracer l'endroit du KREEP (le potassium, l'élément de terres rares, et le matériel contenant du phosphore, qui est censé avoir développé tard dans la formation de la croûte et du manteau supérieur, et est donc important pour l'évolution lunaire d'arrangement). Le GRS était également capable de détecter les neutrons (épithermiques) rapides, qui ont complété le spectromètre de neutrons dans la recherche de l'eau sur la lune.

Le spectromètre de rayon gamma était un petit cylindre qui a été monté sur la fin d'une des trois perches radiales de 2.5 m s'étendant du prospecteur lunaire. Il s'est composé d'un cristal de germanate de bismuth entouré par un bouclier de plastique boré. Les rayons gamma heurtant les atomes de bismuth ont produit un flash de lumière avec une intensité proportionnelle à l'énergie du rayon gamma qui a été enregistré par des détecteurs. L'énergie du rayon gamma est associée à l'élément responsable de son émission. En raison d'un bas rapport de signal-bruit, des passages multiples ont été exigés pour produire statistiquement des résultats significatifs. À neuf passages par mois, on s'est attendu à ce que prenne environ trois mois à avec confiance estiment des abondances de thorium, potassium, et uranium, et 12 mois pour les autres éléments. La précision varie selon l'élément mesuré. Pour U, le Th, et le K, la précision est de 7% à 15%, pour le Fe 45%, pour le Ti 20%, et pour la distribution globale de KREEP 15% 30%. Le bouclier en plastique boré a été utilisé dans la détection des neutrons rapides. Le GRS a été conçu pour réaliser l'assurance globale d'une altitude d'approximativement 100 kilomètres et avec une résolution extérieure de 150 kilomètres.

Spectromètre de neutrons (NS)

Basé sur des données lunaires de spectromètre de neutrons (NS) de prospecteur, les scientifiques de mission ont déterminé qu'il y a en effet de la glace d'eau dans les cratères polaires du de lune ; &mdash ; 3 milliards de tonnes métriques environ (260 milliards de gallons d'un des USA). Pour des cartes des concentrations (marquées dans bleu-foncé au magenta) aux pôles du nord et du sud voir et respectivement.

Le NS a été conçu pour détecter les quantités minutieuses de glace d'eau qui étaient censées pour exister sur la lune. Il était capable de détecter la glace d'eau à un niveau plus moins de 0. La lune a un certain nombre de cratères de manière permanente ombragés près des poteaux avec les températures continues de -190 °C. Ces cratères peuvent agir en tant que froid-emprisonne de l'eau des comètes et des météorites entrantes. N'importe quelle eau de ces corps qui ont réussi à pénétrer son ces cratères pourrait devenir de manière permanente congelée. Le NS a été également employé pour mesurer l'abondance d'hydrogène implantée par le vent solaire.

Le spectromètre de neutrons était un cylindre mince coïmplanté avec le spectromètre de particule ALPHA à la fin d'une des trois perches lunaires radiales de la science de prospecteur. L'instrument a eu une résolution extérieure de 150 kilomètres. Pour les études polaires de glace, le NS slated pour examiner les poteaux à 80 degrés de latitude avec une sensibilité au moins de 10 pages par minute par le volume d'hydrogène. Pour les études implantées d'hydrogène, le NS a été prévu pour examiner le globe entier avec une sensibilité du ppmv 50. Le spectromètre de neutrons s'est composé de deux boîtes métalliques chaque helium-3 contenant et un compteur d'énergie. Tous les neutrons se heurtant les atomes d'hélium donnent une signature d'énergie qui peut être détectée et comptée. Une des boîtes métalliques ont été enveloppées en cadmium et une en étain. Le cadmium examine dehors (basse énergie ou lent) les neutrons thermiques alors que l'étain ne fait pas. Les neutrons thermiques sont des neutrons produits par rayonnement qui ont perdu beaucoup de leur énergie dans les collisions avec des atomes d'hydrogène. Les différences dans les comptes entre les deux boîtes métalliques indiquent le nombre de neutrons thermiques détectés, qui indique alternativement la quantité d'hydrogène sur la croûte de la lune à un endroit donné. Les grandes quantités d'hydrogène seraient probablement dues à la présence de l'eau.

Le spectromètre de particule ALPHA (APS)

Le spectromètre de particule ALPHA (APS) a été endommagé pendant le lancement, ruinant un des cinq visages de détection. En plus, en raison de l'activité de la tache solaire faisant une pointe pendant la mission, les données lunaires sont obscurcies par interférence solaire. La NASA a déclaré que l'information peut par la suite être récupérée en soustrayant dehors les effets de l'activité solaire. En attendant, cependant, les aps n'a donné aucun résultat utile.

Les aps ont été conçus pour détecter des événements de dégazage de radon sur la surface de la lune. Les aps ont enregistré des signatures de particule ALPHA de désintégration radioactive du gaz du radon et de son produit dérivé, le polonium . Ces événements putatifs du dégazage , dans lesquels le radon, l'azote, et l'anhydride carbonique sont exhalés, sont présumés pour être la source d'atmosphère lunaire effilée, et peuvent être le résultat d'activité volcanique/tectonique de bas niveau sur la lune. L'information sur l'existence, la synchronisation, et les sources de ces événements peut aider dans une détermination du modèle et du taux de tectonique lunaire.

Les aps étaient un cube approximativement 18 cm d'un côté coïmplanté avec le spectromètre de neutrons sur la fin d'une du radial trois les perches lunaires de la science de prospecteur de 2. Elle a contenu dix détecteurs de silicium serrés entre l'or et les disques en aluminium disposés sur cinq de six côtés du cube. Les particules ALPHA, produites par l'affaiblissement du radon et du polonium, laissent des voies de charge sur les gaufrettes de silicium quand elles effectuent le silicium. Une tension est appliquée au silicium, et le courant est amplifié en étant dirigé le long des voies au disque en aluminium et est enregistré pour l'identification. Les aps ont été conçus pour faire un examen global du gaz libérer des événements et la distribution de polonium avec une résolution extérieure de 150 kilomètres et d'une précision de 10%.

Expérience de pesanteur de Doppler (DGE)

L'expérience de pesanteur de Doppler (DGE) était la première cartographie polaire et de faible altitude du champ de pesanteur lunaire. La mission de clémentine de avait précédemment produit une carte relativement à basse résolution, mais le prospecteur DGE a obtenu des données approximativement cinq fois aussi détaillées : le " ; première carte véritablement opérationnelle de pesanteur du Moon" ; (ARC DE DE LA NASA,). (Voir pour une comparaison des niveaux de clémentine et de prospecteur de détail.) Les avantages pratiques de ceci sont des orbites à long terme plus stables et un meilleur rendement du carburant. En plus, les données de DGE sont espérées pour aider des chercheurs à apprendre plus au sujet des origines lunaires et de la nature du noyau lunaire. Le DGE a identifié trois le nouveau de gauche Mascons (concentrations de masse). Voir pour la plus nouvelle carte de pesanteur (en date du mai 2005) basée sur des données lunaires de prospecteur (des valeurs sont exprimées comme déviation du moyen ; donc, les valeurs négatives font le pas indiquent anti-gravité).

Le but du prospecteur lunaire DGE était de se renseigner sur la distribution de masse extérieure et interne de la lune. Ceci est accompli en mesurant l'effet Doppler De dans la S-bande dépistant le signal pendant qu'il atteint la terre, qui peut être convertie en accélérations de vaisseau spatial. Les accélérations peuvent être traitées pour fournir des évaluations du champ de pesanteur lunaire, duquel l'endroit et la taille des anomalies de masse affectant l'orbite de vaisseau spatial peuvent être modelés. Les évaluations de la distribution de masse extérieure et interne fournissent l'information sur la croûte, la lithosphère, et la structure interne de la lune.

Cette expérience a fourni les premières données lunaires de pesanteur d'une basse orbite polaire. Puisque le cheminement de champ de vision est exigé pour cette expérience, seulement le champ de pesanteur de gauche pourrait être estimé suivre cette méthode de Doppler. L'expérience est un sous-produit de la S-bande de vaisseau spatial dépistant, et ainsi n'a aucune alimentation énumérée de poids ou électrique. L'expérience a été conçue pour donner le champ de pesanteur de gauche avec une résolution extérieure de 200 kilomètres et de précision 5 du mGal (0.05 mm/s) sous forme de coefficients harmoniques sphériques au degré et à l'ordre 60. Dans la mission prolongée, dans laquelle on s'est attendu à ce que le vaisseau spatial descendu à une orbite avec une altitude de 50 kilomètres et puis à 10 kilomètres, cette résolution s'améliore par un facteur de 100 ou plus.

Le signal de télémétrie de liaison descendante a été transmis à 2273 mégahertz, au-dessus d'une largeur de bande de ±1 mégahertz comme circulairement signal de polarisé par droit à une puissance nominale de 5 W et la puissance de crête de 7 liaisons montantes de commande de W. ont été envoyées à 2093.0542 mégahertz au-dessus d'une largeur de bande de ±1 mégahertz. Le transpondeur était un Loral standard/transpondeur conique de S-Bande. Une antenne omnidirectionnelle peut être utilisée pour la liaison montante et la liaison descendante, ou une antenne moyenne de spirale de gain peut être utilisée (liaison descendante seulement). Puisque le vaisseau spatial tourner-a été stabilisé, la rotation a eu comme conséquence une polarisation dans le signal de Doppler dû au modèle d'antenne de vaisseau spatial tournant en ce qui concerne la station terrestre de 0.3 mm/s) pour l'antenne omnidirectionnelle, et -0.12 mm/s) pour l'antenne moyenne de gain. Des données de visibilité directe ont été prélevées à 5 secondes pour expliquer le seconde taux de la rotation approximativement 5 du vaisseau spatial, laissant un résiduel de plus moins de 0.

Réflectomètre d'électron et magnétocompteur (MAG/ER)

Les champs magnétiques extérieurs anormaux détectés de magnétocompteur et de réflectomètre d'électron (collectivement, MAG/ER) sur la lune, qui sont dans le contraste radical à une magnétosphère globale (de la laquelle de la lune manque). Le champ magnétique global de la lune est trop faible pour guider le vent solaire , mais MAG/ER a découvert une petite anomalie extérieure qui peut faire ainsi. Cette anomalie, environ 100 kilomètres de diamètre, donc désigné sous le nom du " ; la plus petits magnétosphère, Magnetosheath et système connus de l'onde de choc à l'avant dans le System" solaire ; (LA NASA DE /ARC DE ,). En raison de ceci et d'autres dispositifs magnétiques de la surface de la lune, hydrogène déposé par le vent solaire est non-uniformly distribué, étant plus dense à la périphérie des dispositifs magnétiques. Puisque la densité d'hydrogène est une caractéristique souhaitable pour les bases lunaires hypothétiques, cette information peut être utile en choisissant les emplacements optimaux pour des missions à long terme possibles de lune.

Le réflectomètre d'électron (ER) et le magnétocompteur (magnétique) de ont été conçus pour collecter des informations sur les champs magnétiques lunaires que la lune n'a aucun champ magnétique global, mais elle a des champs magnétiques localisés faibles sur sa surface. Ceux-ci peuvent être les restes paléomagnétiques d'un ancien champ magnétique global, ou peuvent être dus aux impacts du météore ou à d'autres phénomènes locaux. Cette expérience était d'aider à tracer ces champs et à fournir des informations sur leurs origines, à permettre l'examen possible de la distribution des minerais sur la surface lunaire, l'aide dans une détermination de la taille et la composition du noyau lunaire, et à fournir des informations sur le dipöle magnétique induit lunaire .

L'ER a déterminé l'endroit et la force des champs magnétiques du spectre d'énergies et de la direction des électrons l'instrument a mesuré les angles de lancement du les électrons du vent que solaire se sont reflété de la lune par des champs magnétiques lunaires. Des champs magnétiques locaux plus forts peuvent refléter des électrons avec de plus grands angles de lancement. Les intensités de champ aussi petites que 0.01 NT ont pu être mesurées avec une exactitude spatiale environ 3 du le kilomètre sur la surface lunaire. Le magnétique était un magnétocompteur à trois axes de vanne de flux semblable dans la conception à l'instrument utilisé sur le Mars Global Surveyor . Il pourrait mesurer l'amplitude de champ magnétique et la direction à l'altitude de vaisseau spatial avec une résolution spatiale d'environ 100 kilomètres quand les perturbations ambiantes du plasma sont minimales.

L'ER et le paquet de l'électronique ont été situés à la fin d'une des trois perches radiales de la science sur le prospecteur lunaire. Le magnétique alternativement a été prolongé plus loin sur un 0.8 boom&mdash du m ; des 2.6 m combiné du prospecteur lunaire afin de l'isoler du vaisseau spatial ont produit des champs magnétiques. Les instruments d'ER et de magnétique ont eu une masse combinée 5 du le kilogramme et ont employé 4.

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