Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer

A LADEE (rövidítve az angol  L unar A tmosphere and dust E nvironment E explorer szóból  – „A holdatmoszféra és porkörnyezet kutatása ” ) egy program a Hold légkörének és pályája porkörnyezetének tanulmányozására. A készülék 2013. szeptember 7-én került forgalomba. A projekt teljes költségét körülbelül 280 millió dollárra becsülik.

Előzmények és háttér

A LADEE küldetést 2008 februárjában mutatták be a NASA 2009-es költségvetésének bejelentésekor. Kezdetben az indítást a GRAIL műhold fellövésével együtt tervezték .

Izzás a Hold exoszférájából

Az Apollo-küldetések során az űrhajósok felfedezték, hogy a napfény szétszóródik a Hold terminátor közelében , ami "horizont ragyogását" és "fényáramokat" okoz a Hold felszínén. Ezt a jelenséget a Hold sötét oldaláról figyelték meg napnyugtakor és napkeltekor , mind a felszínen leszállókról, mind a Hold körül keringő űrhajósokról. A szórás meglepetést okozott, hiszen addig azt hitték, hogy a Holdnak gyakorlatilag nincs légköre vagy exoszférája [3] .

Az 1956 óta javasolt modellek szerint [4] azonban napközben a Nap ultraibolya és gamma sugárzása kiüti az elektronokat az atomokból és molekulákból . A keletkező pozitív töltésű porrészecskék több métertől több kilométerig terjedő magasságba lökődnek ki , a kisebb tömegű részecskék pedig nagyobb magasságba jutnak el [5] . Az éjszakai oldalon pedig a por negatív töltést kap a napszél elektronjai miatt. A „szökőkútmodell” [6] azt feltételezi, hogy az éjszakai oldalon a por nagyobb töltést vesz fel, mint a nappali oldalon, ami a részecskék nagyobb magasságba és nagyobb sebességű kibocsátásához vezet . Ez a hatás fokozható, amikor a Hold áthalad a Föld mágneses farkán . Ebben az esetben az elektromos tér erős vízszintes gradiensei jelenhetnek meg az éjszakai és a nappali oldal között a terminátorvonalon , ami porrészecskék mozgásához vezethet. Így mindig kellő mennyiségű por lehet nagy magasságban, ami a megfigyelt izzások oka lehet.

Egy másik ok lehet a Hold "nátriumfarka", amelyet 1998-ban fedeztek fel a Leonid meteorraj megfigyelése során a Bostoni Egyetem tudósai [7] [8] [9] . A Hold felszínéről folyamatosan atomi nátriumot bocsátanak ki. A napfény nyomása felgyorsítja az atomokat, és a Naptól több százezer kilométer hosszú, meghosszabbított farkot képez. Ez a farok is lehet az oka a megfigyelt holdfénynek.

A mélyűri kommunikáció korlátai

A modern mélyűri kommunikációs rendszerek csak rendkívül alacsony adatsebességet tudnak biztosítani. Például a Voyagers legtöbb adata 160  b /s sebességgel érkezik [10] , míg a Marsról készült nagy felbontású képek továbbítása 90 percet is igénybe vehet [11] . A rádióhullámok helyett a lézersugarak használata adatátviteli eszközként jelentős átviteli sebességnövekedést eredményezhet .

A küldetés céljai

A LADEE misszió [1] fő tudományos célkitűzései a következők:

1. A Hold exoszférája teljes sűrűségének , összetételének és időbeli változékonyságának meghatározása, mielőtt további emberi tevékenység megzavarná, valamint az arra ható természetes folyamatok felkutatása;
2. Az Apollo űrhajósai által a Hold felszíne felett 10 kilométerrel megfigyelt szórt fény okának meghatározása ;
3. Az elektrosztatikus mezők által hajtott kozmikus porszemcsék méretének, alakjának és térbeli eloszlásának meghatározása .
4. A Hold légkörének lehetséges befolyásának meghatározása a jövőbeni repülésekre és a Hold felszínéről történő csillagászati ​​megfigyelések lehetőségére.

Egy kétirányú lézeres kommunikációs rendszert teszteltek a Hold és a Föld között , amely jelentősen megnöveli az adatátviteli sebességet a meglévő , rádióhullámokat használó mélyűri kommunikációs rendszerekhez képest [12] .

Készülék eszköz LADEE

Az eszköz a Modular Common Spacecraft Bus űrplatformra épül .

Motorok

A propulziós rendszer egy pályakorrekciós rendszert és egy sugárirányító rendszert tartalmaz .

A pályakorrekciós rendszernek kell biztosítania a LADEE űrszonda fő gyorsulását . A benne lévő fő motor a High Performance Apogee Thruster (HiPAT) , 455  N tolóerővel .

A reaktív vezérlőrendszer a következőket kínálja:

1. A műszer orientációjának megőrzése a pályakorrekciós rendszer működése során;
2. A giroszkóp stabilizáló rendszer lendkerekeinek tehetetlenségi nyomatékának visszaállítása , amely szabályozza a berendezés tájolását a manőverek közötti intervallumokban;
3. Manőverek végrehajtása a repülés tudományos szakaszában;
4. Az ezt követő deorbit a berendezés ártalmatlanításához a Hold felszínével való ütközés útján.

A sugárirányító rendszerben található motorok 22  N tolóerőt biztosítanak, és a főmotor csökkentett analógjai.

Áramforrások

Az áramforrások 30 db szilícium napelem , amelyek a készülék testén helyezkednek el, és 295  watt [2] kimeneti teljesítményt biztosítanak 1  AU távolságra . e. [1] .

Akkumulátorként 1 db lítium-ion akkumulátort használnak , legfeljebb 24  Ah kapacitással 28  V feszültség mellett [1] .

Tudományos felszerelés

A LADEE orbiter a következő műszerekkel és technológiai demonstrátorokkal van felszerelve:

• Semleges tömegspektrométer (NMS), amelyet a Hold exoszférájának tanulmányozására terveztek. A műszer a Mars Tudományos Laboratóriumában használt SAM eszköz továbbfejlesztése .
• Ultraibolya-látható spektrométer ( UVS), amelyet a tervek szerint mind a bolygóközi por, mind a Hold exoszféra tanulmányozására használnak. Ez a spektrométer az LCROSS küldetésben működő spektrométer továbbfejlesztése .
• LDEX porérzékelő , amely lehetővé teszi a por közvetlen vizsgálatát. Ez az eszköz a Galileo , az Ulysses és a Cassini küldetések során használt eszközök továbbfejlesztése .
• Lunar Laser Com Demo (LLCD) Space Laser Communication Technology Demonstrator [13] .

• A LADEE készülék külső eszközeinek elrendezési diagramja

• LDEX porérzékelő

• Semleges tömegspektrométer NMS

• Ultraibolya és látható tartományok UVS spektrométere

Repülés

A szondát az Ames Research Center irányította [14] .

Indítsa el a

2013. szeptember 7-én, 03:27 UTC-kor (szeptember 6-án 23:27 EDT ) a Minotaur-5 hordozórakétát a LADEE készülékkel a fedélzetén sikeresen felbocsátották a területen található Közép-Atlanti Regionális Kozmodrom 0B padjáról. a Wallops Flight Center .

Magán a LADEE szondán kívül a hordozórakéta negyedik és ötödik fokozata is pályára állt, és űrtörmelékké vált [15] .

A hordozórakétáról való leválasztás után a LADEE szonda a helyzetszabályozó lendkerekek segítségével próbálta megállítani a maradék forgást. A fedélzeti számítógép azonban észlelte, hogy a lendkerekek túl sok áramot vesznek fel, és összetörte őket. Az ok a védelmi rendszer túl merev paraméterei voltak, amelyeket a rajt előtt lefektettek. Másnap a kiigazításuk után ismét beindult a tájékozódási rendszer. [16]

• LADEE és „Minotaur-5” hordozórakéta az indítóálláson

• A "Minotaur-5" hordozórakéta elindítása a LADEE készülékkel

• Kezdje LADEE , Bécs , Virginia

Repülés a Holdra

A LADEE szonda repülési mintája magában foglalja egy erősen elliptikus pályára való kilövést . 3 egymást követő "fázisos" Föld körüli keringés során a pálya magassága fokozatosan növekszik. A harmadik pályán a motor beindítása elegendő sebességet biztosít a szondának ahhoz, hogy belépjen a Hold gravitációjába, és retrográd pályára lépjen. A 3. pálya célparaméterei: perigeus magasság - 200 km ; csúcsponton - 278 000 km ; a pálya dőlése 37,65°.

2013. szeptember 10-én körülbelül 7 órakor PDT (14 óra UTC ) az űrszonda csökkentett módba kapcsolt a csillag-orientációs rendszer két kamerájának beállítási hibája miatt, ami hibához vezetett az eltérések kiszámításában abban a pillanatban, amikor mindkét kamerákat megvilágított a Nap . A hibákat kijavították, és másnap reggel, 2013. szeptember 11-én a készüléket kivették a csökkentett módból, és a megszokott módon működött tovább. [tizennégy]

2013. szeptember 11-én 16:00 órakor PDT (0000 óra szeptember 12-én, UTC ) az AM-1 manőver (az angol  Apogee Maneuver rövidítése  – „Apogee manőver” ) sikeresen befejeződött . Ez a pályakorrekciós rendszer főmotorjának próbalövése volt. A bekapcsolás után elvégzett tesztek azt mutatják, hogy a motor normálisan és minden kifogás nélkül működött [14] .

2013. szeptember 13-án 09:38-kor PDT (16:38 UTC ) végrehajtották az első PM-1 "fázisozási" manővert ( Perigee Maneuver  - " perigee manőver") . Az előzetes telemetriai adatok minden rendszer normál működését mutatják. A szonda sem a manőver előtt, sem után nem vált biztonságos módba. Ráadásul a szonda először sikeresen áthaladt a Föld árnyékán [14] .

2013. szeptember 15-én elvégezték a tudományos berendezések elsődleges tesztelését . Mivel a műszereket továbbra is védőburkolatok borítják, csak az elektronikájukat ellenőrizték. Az ellenőrzés nem tárt fel problémát a semleges tömegspektrométer (NMS) működésében. Ezenkívül sötét kalibrációs vizsgálatokat végeztek ultraibolya és látható spektrométeren (UVS) [14] .

2013. szeptember 17-én befejeződött az LLCD Laser Communications Technology Demonstrator bevezetés utáni elektronikai ellenőrzése . Az optikai csatornán keresztüli közvetlen kommunikációs munkamenetet nem tervezték és nem hajtották végre. Az ellenőrzés azt mutatta, hogy az LLCD teljesen működőképes [14] .

2013. szeptember 18-án készült el az NMS semleges tömegspektrométer a védőburkolat eltávolítására. Az UVS spektrométer egy második sötét kalibrációs vizsgálaton esett át, és most még felmelegítik, hogy ne maradjon víz. A LADEE szonda túllépte csúcspontját, és a második "fázisos" pályán áll [14] .

2013. szeptember 21-én 04:53 PDT (11:53 UTC ) a második PM-2 perigee manőver sikeresen befejeződött. Ezzel együtt LADEE ismét áthaladt a Föld árnyékán. Minden fedélzeti rendszer, beleértve az áramellátó rendszert is, normálisan működik [14] .

2013. október 1-jén végrehajtották a TCM-1 manővert ( Trajectory Correction Maneuver  - „pályakorrekciós manőver”) [14] . Az erre az időpontra tervezett PM-3 manőverre a kiválóan végrehajtott korábbi manőverek miatt nem volt szükség [17] .

2013. október 3-án ledobták az NMS semleges tömegspektrométer védőburkolatát [14] .

Holdpályára lépés és rendszerek tesztelése

Ebben az időszakban a tudósok elvégzik a fedélzeti berendezések és tudományos műszerek első ellenőrzését. Ezután egy héten belül a szakemberek a szondát magas holdpályára helyezik. A tervek szerint a repülés ezen fázisában végrehajtott manőverek eredményeként a LADEE 155°-os dőléssel lép a Hold pályára, majd a pálya fokozatosan a működőre süllyed [18] .

2013. október 6-án, amikor a harmadik pályán megközelítette az apogeust, végrehajtották a LOI-1 manővert ( Eng.  Lunar Orbit Insertion  - „belépés a holdpályára”). A manőver időtartama 196  s , a sebességváltozás 267  m/s [14] [18] . A manőver eredményeként a LADEE szonda 24 órás elliptikus pályára állt a Hold körül. A manőver pontossága lehetővé tette a későbbi pályabeállítások elkerülését [14] .

2013. október 9-én végrehajtották a LOI-2 manővert. Időtartam - 198 s , sebességváltozás - 296 m/s [18] . A manőver eredményeként a LADEE űrszonda 4  órás forgási periódussal elliptikus pályára állt a Hold körül [14] .

2013. október 12-én befejeződött a LOI-3 manőver. Időtartam - 146 s , sebességváltozás - 239 m/s . A manőver befejeztével a LADEE szonda körkörös holdpályára lépett, periapszissal körülbelül 235  km magasságban és apoapszissal körülbelül 250  km magasságban [14] [18] . Az összes manőver eredményeként a LADEE űrszonda a kiszámított pályára állt, és üzemkész.

2013. október 16-án befejeződtek az LDEX és UVS eszközök [14] tesztjei .

Kétirányú lézeres kommunikációs rendszer teszt LLCD

2013. október 18-án tesztelték a Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) kétirányú lézeres kommunikációs rendszert . Ennek eredményeként 622  Mbit / s adatátviteli sebességet lehetett elérni a készüléktől a földi állomásig és 20  Mbit / s -os adatátviteli sebességet a földi állomástól a 385 000  km -re ( 239 000  mérföldre ) lévő készülékig. Föld [19] .

Tudományos szakasz

Egy tudományos küldetés névleges pályája majdnem kör alakú (körülbelül 50 km -rel a Hold felszíne felett), retrográd egyenlítői 113 perces periódussal , a pálya a terminátor felett van . Miután a tudományos küldetés nagy része befejeződött, a keringőt magasabb elliptikus pályára állították a lézeres kommunikációs technológia bemutatására.

Leállítás

A küldetés vége előtt a LADEE űrszonda fokozatosan csökkentette keringési magasságát, és folytatta a tudományos megfigyeléseket .

2014. április 17-én 10:59 PDT (19:59 UTC ) A LADEE elérte a Hold felszínét [14] [20] .

Galéria

• A LADEE , a Modular Common Spacecraft Bus alapjainak tesztelése az Ames Research Centerben , 2008.

• Napelemek felszerelése a LADEE készülékre az Ames Research Center tisztatermében .

• LADEE shakeren való tesztelés előtt , 2013. január.

• LADEE a fejburkolat felszerelése előtt, 2013. augusztus.

Lásd még

• Lunar Quest (űrprogram)

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Préskészlet .
2. ↑ 123 NASA . _ _
3. ↑ T. J. Stubbs, R. R. Vondrak és W. M. Farrell. Dinamikus szökőkútmodell holdporhoz  . Lunar and Planetary Science XXXVI (2005. március 30.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2019. február 1..
4. ↑ Thomas Townsend Brown. Fénygravitációs izotópok hasznosítása (besugárzással és szelektív emelkedéssel és eséssel), ahogyan ez a  Holdon előfordulhat . Scientific Notebooks, Vol. 1 . Willam Moore (1956. február 11.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2011. május 22.
5. ↑ Trudy E. Bell, Dr. Tony Phillips. Hold  viharok . NASA (2005. december 7.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 12..
6. ↑ Moon Fountains  (angol)  (elérhetetlen link) . NASA (2005. március 30.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 12..
7. ↑ A csillagászok felfedezték, hogy a holdnak hosszú , üstökösszerű farka  van . CNN (1999. június 7.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2016. június 2.
8. ↑ Hold farka foltos  . BBC News (1999. június 9.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2021. január 26..
9. ↑ Lunar Leonids 2000  (angol)  (a link nem elérhető) . NASA Science News (2000. október 26.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2014. március 3..
10. ↑ Anatolij Kopik. Űr rádiókapcsolatok. Mélyűri rádiókommunikáció . „A világ körül” magazin (2007. október). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2013. augusztus 20.. (Orosz)
11. ↑ Lori Keesey. A NASA bemutatja a lézersugaras  kommunikációt . NASA (2013. szeptember 22.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2013. április 6..
12. ↑ Dewayne Washington. Space Laser a megnövelt szélessáv lehetséges  bizonyítására . NASA News (2013. augusztus 13.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 22..
13. ↑ A NASA a lézereket használó űrkommunikáció új korszakába merészkedik, kezdve a Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD) bemutatójával  (  hozzáférhetetlen link) . NASA . Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 3..
14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 A NASA LADEE küldetése  . küldetések . NASA (2013. szeptember 11.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2021. április 25.
15. ↑ William Graham. Az Orbital Minotaur V LADEE küldetését indítja el a Holdra  (angolul) . NASAspaceflight.com (2013. szeptember 6.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2019. szeptember 23.
16. ↑ Stephen Clark . A Hold küldetése felrobban, és legyőzi a mutatási problémát , Spaceflight Now  ( 2013. szeptember 7.). Az eredetiből archiválva : 2019. október 4. Letöltve: 2013. szeptember 14.
17. ↑ Butler Hine ( LADEE projektmenedzser ) . A LADEE projektmenedzser frissítése: A műszer ellenőrzése befejeződött, a Holdrahajózás  , NASA (  2013. szeptember 25.). Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 26. Letöltve: 2013. szeptember 27.
18. ↑ 1 2 3 4 LADEE - Mission and Trajectory Design  (angol)  (hivatkozás nem érhető el) . spaceflight101.com. Letöltve: 2013. október 1. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24..
19. ↑ A NASA lézerrendszere rekordot állított fel a  Holdról érkező adatátvitellel . parabolicarc.com. Letöltve: 2014. június 3. Az eredetiből archiválva : 2021. október 21.
20. ↑ A NASA befejezte a LADEE küldetést tervezett hatással a Hold felszínére , NASA (2014. április 18.). Archiválva az eredetiből: 2019. április 14. Letöltve: 2014. április 18.

Linkek

• Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE  ) . NSSDC . NASA . Letöltve: 2013. szeptember 7.
• Alekszej Timosenko. Megvan a saját hangulatuk ott . Tudomány és Technológia . Lenta.ru (2013. szeptember 7.). Letöltve: 2013. szeptember 9. (határozatlan)
• Dwayne Brown. Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) – Sajtókészlet  ( PDF) NASA (2013. augusztus). Letöltve: 2013. szeptember 10.

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)