Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer

LADEE (forkortet fra den engelske  L unar A tmosphere and Dust E nvironment E xplorer  - "Forskning i måneatmosfæren og støvmiljøet ") er et program til undersøgelse af måneatmosfæren og støvmiljøet i dens kredsløb. Enheden blev lanceret den 7. september 2013. De samlede omkostninger ved projektet er anslået til omkring 280 millioner dollars.

Historie og baggrund

LADEE -missionen blev afsløret i februar 2008 under NASAs 2009- budgetmeddelelse . Oprindeligt var opsendelsen planlagt til at blive udført i forbindelse med opsendelsen af ​​GRAIL -satellitten .

Glød fra Månens exosfære

Under Apollo-missionerne opdagede astronauter , at sollys spredes nær måneterminatoren , hvilket forårsager "horisontglød" og "lysstrømme" over månens overflade. Dette fænomen er blevet observeret fra Månens mørke side under solnedgange og solopgange , både fra landere på overfladen og af astronauter i månekredsløb. Spredningen kom som en overraskelse, da man indtil da troede, at Månen praktisk talt ikke havde nogen atmosfære eller eksosfære [3] .

Men ifølge modeller , der er blevet foreslået siden 1956 [4] , slår ultraviolet- og gammastråling fra Solen elektroner ud fra atomer og molekyler på dagssiden . De resulterende positivt ladede støvpartikler udstødes til højder fra flere meter til flere kilometer , hvor partikler med mindre masse når større højder [5] . Og på natsiden får støvet en negativ ladning på grund af elektroner fra solvinden. "Fontænemodellen" [6] antager, at støvet på natsiden får en større ladning end på dagsiden, hvilket skulle føre til udledning af partikler til højere højder og ved højere hastigheder . Denne effekt kan forstærkes under passagen af ​​Jordens magnetiske hale af Månen . I dette tilfælde kan stærke vandrette gradienter af det elektriske felt mellem nat- og dagsiden forekomme på terminatorlinjen , hvilket skulle føre til bevægelse af støvpartikler. Der kan således altid være en tilstrækkelig mængde støv i store højder, hvilket kan være årsagen til de observerede gløder.

En anden grund kan være Månens "natriumhale", opdaget i 1998 under observationen af ​​Leonid -meteorregn af videnskabsmænd ved Boston University [7] [8] [9] . Atomisk natrium udsendes konstant fra månens overflade. Presset fra sollys accelererer atomerne og danner en forlænget hale væk fra Solen hundredtusindvis af kilometer lang. Denne hale kan også være årsagen til de observerede månegløder.

Begrænsninger af deep space-kommunikation

Moderne dybe rumkommunikationssystemer kan kun levere ekstremt lave datahastigheder. For eksempel modtages de fleste data fra Voyagers med 160  bps [10] , mens billeder i høj opløsning fra Mars kan tage 90 minutter at sende [11] . Brugen af ​​laserstråler i stedet for radiobølger som et middel til datatransmission kan give betydelige gevinster i transmissionshastigheden .

Missionsmål

De vigtigste videnskabelige mål for LADEE-missionen [1] er:

1. Bestemmelse af den samlede tæthed , sammensætning og tidsmæssige variation af Månens exosfære , før den forstyrres af yderligere menneskelig aktivitet, samt søgen efter naturlige processer, der påvirker den;
2. Bestemmelse af årsagen til den spredte glød observeret af Apollo -astronauterne 10 kilometer over Månens overflade;
3. Bestemmelse af størrelse, form og rumlig fordeling af kosmiske støvpartikler drevet af elektrostatiske felter.
4. Bestemmelse af måneatmosfærens mulige indflydelse på fremtidige flyvninger og på muligheden for at udføre astronomiske observationer fra Månens overflade.

Et tovejs laserkommunikationssystem mellem Månen og Jorden blev testet , hvilket vil øge dataoverførselshastigheden betydeligt sammenlignet med eksisterende dybe rumkommunikationssystemer , der bruger radiobølger til transmission [12] .

Enhed enhed LADEE

Enheden er bygget på basis af den Modular Common Spacecraft Bus rumplatform .

Motorer

Fremdriftssystemet omfatter et kredsløbskorrektionssystem og et jetkontrolsystem .

Orbit-korrektionssystemet skulle give LADEE- rumfartøjets hovedacceleration . Hovedmotoren inkluderet i den er High Performance Apogee Thruster (HiPAT) med et tryk på 455  N.

Det reaktive kontrolsystem giver:

1. Opretholdelse af orienteringen af ​​apparatet under driften af ​​kredsløbskorrektionssystemet;
2. Nulstilling af inertimomentet for svinghjulene i gyrostabiliseringssystemet , som styrer apparatets orientering i intervallerne mellem manøvrer;
3. Udførelse af manøvrer under den videnskabelige fase af flyvningen;
4. Den efterfølgende deorbit for bortskaffelse af apparatet ved kollision med månens overflade.

Motorerne inkluderet i jetkontrolsystemet giver 22  N tryk og er reducerede analoger til hovedmotoren.

Strømkilder

Strømkilderne er 30 siliciumsolpaneler placeret på apparatets krop og giver en udgangseffekt på 295  watt [2] i en afstand på 1  AU. e. [1] .

Som batterier anvendes 1 lithium-ion batteri med en kapacitet på op til 24  Ah ved en spænding på 28  V [1] .

Videnskabeligt udstyr

LADEE orbiteren er udstyret med følgende instrumenter og teknologidemonstratorer:

• Neutralt massespektrometer (NMS) designet til at studere Månens exosfære . Instrumentet er en videreudvikling af SAM- instrumentet, der bruges på Mars Science Laboratory .
• Et ultraviolet-synligt spektrometer ( UVS), som efter planen skal bruges til at studere både interplanetarisk støv og månens exosfære. Dette spektrometer er en udvikling af spektrometeret, der opereres på LCROSS- missionen .
• En LDEX støvsensor , der tillader direkte undersøgelse af støv. Dette instrument er en udvikling af de instrumenter, der blev brugt i Galileo- , Ulysses- og Cassini- missionerne .
• Lunar Laser Com Demo (LLCD) Space Laser Communication Technology Demonstrator [13] .

• Layoutdiagram over eksterne enheder af LADEE- enheden

• Støvsensor LDEX

• Neutralt massespektrometer NMS

• Spektrometer for ultraviolet og synligt område UVS

Flyvning

Sonden blev kontrolleret fra Ames Research Center [14] .

Start

Den 7. september 2013 kl. 03:27 UTC (6. september kl. 23:27 EDT ) blev Minotaur-5 løfteraket med LADEE- apparatet om bord opsendt med succes fra pude 0B på Mid-Atlantic Regional Cosmodrome , som ligger på territoriet af Wallops Flight Center .

Ud over selve LADEE- sonden gik det fjerde og femte trin af løftefartøjet i kredsløb og blev til rumaffald [15] .

Efter adskillelse fra løfteraketten forsøgte LADEE- sonden at stoppe den resterende rotation ved hjælp af indstillingskontrolsvinghjulene. Kørecomputeren opdagede dog , at svinghjulene trak for meget strøm og styrtede dem ned. Årsagen var de for stive parametre for beskyttelsessystemet, fastsat før starten. Dagen efter, efter deres justering, blev orienteringssystemet lanceret igen. [16]

• LADEE og løfteraket "Minotaur-5" på affyringsrampen

• Lancering af løfteraketten "Minotaur-5" med enheden LADEE

• Start LADEE , Wien , Virginia

Flyvning til månen

LADEE- sondens flyvemønster involverer dens opsendelse i et stærkt elliptisk kredsløb . I løbet af 3 på hinanden følgende "fase"-baner rundt om Jorden vil højden af ​​banen gradvist stige. På den tredje bane vil start af motoren give sonden nok hastighed til at komme ind i Månens tyngdekraft og gå ind i en retrograd bane. Målparametre for den 3. bane: højde ved perigeum - 200 km ; ved apogee - 278.000 km ; kredsløbets hældning er 37,65°.

Den 10. september 2013 cirka kl. 7 om morgenen PDT (14 timer UTC ) gik rumfartøjet i sikker tilstand på grund af fejl i opsætningen af ​​to kameraer i stjerneorienteringssystemet, hvilket førte til en fejl i beregningen af ​​afvigelser i det øjeblik, hvor begge kameraer blev oplyst af solen. Fejlene blev rettet, og næste morgen, den 11. september 2013, blev enheden taget ud af sikker tilstand og fortsatte med at fungere normalt. [fjorten]

Den 11. september 2013 kl. 16.00 PDT (0000 timer den 12. september UTC ) blev AM-1 manøvren (forkortet fra den engelske  Apogee Maneuver  - "Apogee maneuver" ) gennemført med succes . Dette var en test affyring af hovedmotoren i kredsløbskorrektionssystemet. Test udført efter tænding viser, at motoren fungerede normalt og uden nogen klager [14] .

Den 13. september 2013, kl. 09:38 PDT (16:38 UTC ), blev den første PM-1 "phasing" manøvre ( Perigee Maneuver  - " perigee maneuver") udført . Foreløbige telemetridata viser normal drift af alle systemer. Sonden gik ikke i sikker tilstand hverken før eller efter manøvren. Derudover passerede sonden med succes jordens skygge for første gang [14] .

Den 15. september 2013 blev der gennemført primære test af videnskabeligt udstyr . Da instrumenterne stadig er dækket af beskyttelsesdæksler, blev der kun foretaget en kontrol af deres elektronik. Kontrollen afslørede ingen problemer i driften af ​​det neutrale massespektrometer (NMS). Derudover blev der foretaget mørkekalibreringsundersøgelser på det ultraviolette og synlige spektrometer (UVS) [14] .

Den 17. september 2013 blev elektroniktjekket efter lanceringen af ​​LLCD Laser Communications Technology Demonstrator afsluttet . Direkte kommunikationssession via den optiske kanal var ikke planlagt og blev ikke gennemført. Kontrollen viste, at LLCD er fuldt operationel [14] .

Den 18. september 2013 blev NMS neutrale massespektrometer forberedt til fjernelse af beskyttelsesdækslet. UVS-spektrometeret har gennemgået en anden mørkekalibreringsundersøgelse og er nu yderligere opvarmet for at sikre, at der ikke er vand tilbage. LADEE- sonden har passeret sit højdepunkt og er på den anden "fase-"-bane [14] .

Den 21. september 2013 kl. 04:53 PDT (11:53 UTC ) blev den anden PM-2 perigee-manøvre gennemført med succes. Sammen med dette passerede LADEE igen gennem jordens skygge. Alle indbyggede systemer, inklusive strømforsyningssystemet, fungerer normalt [14] .

Den 1. oktober 2013 blev TCM-1 manøvren ( Trajectory Correction Maneuver  - "orbit correction maneuver") udført [14] . Den planlagte PM-3-manøvre til den dato var ikke nødvendig på grund af fremragende udførte tidligere manøvrer [17] .

Den 3. oktober 2013 blev beskyttelsesdækslet på NMS neutrale massespektrometer droppet [14] .

Gå ind i månens kredsløb og testsystemer

I denne periode vil videnskabsmænd udføre de første kontroller af udstyr og videnskabelige instrumenter om bord. Dernæst vil specialister inden for en uge overføre sonden til en høj månebane. Det er planlagt, at som et resultat af manøvrerne i denne fase af flyvningen, vil LADEE gå ind i månebanen med en hældning på 155°, hvorefter banen gradvist vil blive sænket til den arbejdende [18] .

Den 6. oktober 2013, da man nærmede sig apogeum på den tredje bane, blev LOI-1 manøvren udført ( Eng.  Lunar Orbit Insertion  - "entry into lunar orbit"). Varigheden af ​​manøvren var 196  s , hastighedsændringen var 267  m/s [14] [18] . Som et resultat af manøvren gik LADEE -sonden ind i en 24-timers elliptisk bane omkring Månen. Nøjagtigheden af ​​manøvren gjorde det muligt at undgå efterfølgende orbitaljusteringer [14] .

Den 9. oktober 2013 blev LOI-2 manøvren udført. Varighed - 198 s , hastighedsændring - 296 m/s [18] . Som et resultat af manøvren gik LADEE- rumfartøjet ind i en elliptisk bane omkring Månen med en omdrejningsperiode på 4  timer [14] .

Den 12. oktober 2013 blev LOI-3 manøvren afsluttet. Varighed - 146 s , hastighedsændring - 239 m/s . Efter afslutningen af ​​denne manøvre gik LADEE- sonden ind i en cirkulær månebane med en periapsis i en højde på cirka 235  km og en apoapsis i en højde på cirka 250  km [14] [18] . Som et resultat af alle manøvrerne blev LADEE- rumfartøjet opsendt i den beregnede bane og er klar til drift.

Den 16. oktober 2013 blev test af LDEX- og UVS -værktøjerne [14] afsluttet .

To-vejs laserkommunikationssystemtest LLCD

Den 18. oktober 2013 blev Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) tovejs laserkommunikationssystem testet . Som et resultat var det muligt at opnå en dataoverførselshastighed på 622  Mbit / s fra apparatet til jordstationen og 20  Mbit / s fra jordstationen til apparatet placeret i en afstand af 385.000  km ( 239.000  miles ) fra Jorden [19] .

Videnskabelig fase

Den nominelle bane for en videnskabelig mission er næsten cirkulær (ca. 50 km over Månens overflade) retrograd ækvatorial med en periode på 113 minutter , kredsløbet er over terminatoren . Efter at størstedelen af ​​videnskabsmissionen var afsluttet, blev orbiteren placeret i en højere elliptisk bane for at demonstrere laserkommunikationsteknologi.

Nedlukning

Inden afslutningen af ​​missionen sænkede LADEE- rumfartøjet gradvist sin orbitale højde og fortsatte med at udføre videnskabelige observationer .

Den 17. april 2014 kl. 10:59 PDT (19:59 UTC ) ramte LADEE Månens overflade [14] [20] .

Galleri

• Test af grundlaget for LADEE , den modulære fælles rumfartøjsbus , på Ames Research Center , 2008.

• Installation af solpaneler på LADEE- apparatet i renrummet i Ames Research Center .

• LADEE før den blev testet på en shaker , januar 2013.

• LADEE før montering af hovedbeklædningen, august 2013.

Se også

• Lunar Quest (rumprogram)

Noter

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Pressesæt .
2. ↑ 123 NASA . _ _
3. ↑ T. J. Stubbs, R. R. Vondrak og W. M. Farrell. En dynamisk springvandsmodel til månestøv  . Måne- og planetvidenskab XXXVI (30. marts 2005). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 1. februar 2019.
4. ↑ Thomas Townsend Brown. Beneficering af lette gravitationsisotoper (ved bestråling og selektiv ophøjning og fald), som det kan forekomme på  Månen . Scientific Notebooks, Vol. 1 . Willam Moore (11. februar 1956). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 22. maj 2011.
5. ↑ Trudy E. Bell, Dr. Tony Phillips. Månestorme  . _ NASA (7. december 2005). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 12. september 2013.
6. ↑ Moon Fountains  (engelsk)  (utilgængeligt link) . NASA (30. marts 2005). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 12. september 2013.
7. ↑ Astronomer opdager, at månen har en lang, kometlignende hale  . CNN (7. juni 1999). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 2. juni 2016.
8. ↑ Månens hale plettet  . BBC News (9. juni 1999). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 26. januar 2021.
9. ↑ Lunar Leonids 2000  (engelsk)  (link ikke tilgængeligt) . NASA Science News (26. oktober 2000). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 3. marts 2014.
10. ↑ Anatoly Kopik. Rumradioforbindelser. Deep space radiokommunikation . Magasinet "Around the World" (oktober 2007). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 20. august 2013. (Russisk)
11. ↑ Lori Keesey. NASA demonstrerer kommunikation via  laserstråle . NASA (22. september 2013). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 6. april 2013.
12. ↑ Dewayne Washington. Space Laser til at bevise øget bredbånd muligt  . NASA News (13. august 2013). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 22. september 2013.
13. ↑ NASA begiver sig ind i en ny æra med rumkommunikation ved hjælp af lasere, begyndende med Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD)  (  utilgængeligt link) . NASA . Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 3. september 2013.
14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 NASAs LADEE-  mission . missioner . NASA (11. september 2013). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 25. april 2021.
15. ↑ William Graham. Orbitals Minotaur V lancerer LADEE-mission til Månen  (engelsk) . NASAspaceflight.com (6. september 2013). Hentet 14. september 2013. Arkiveret fra originalen 23. september 2019.
16. ↑ Stephen Clark . Månemissionen eksploderer, overvinder pegeproblemet , Spaceflight Now  ( 7. september 2013). Arkiveret fra originalen den 4. oktober 2019. Hentet 14. september 2013.
17. ↑ Butler Hine ( LADEE projektleder ) . LADEE Project Manager Update: Instrument Checkout Complete, Cruising to the Moon  , NASA (  25. september 2013). Arkiveret fra originalen den 26. september 2013. Hentet 27. september 2013.
18. ↑ 1 2 3 4 LADEE - Mission and Trajectory Design  (engelsk)  (link ikke tilgængeligt) . spaceflight101.com. Hentet 1. oktober 2013. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
19. ↑ NASA Laser System sætter rekord med datatransmissioner fra  månen . parabolicarc.com. Hentet 3. juni 2014. Arkiveret fra originalen 21. oktober 2021.
20. ↑ NASA fuldfører LADEE-mission med planlagt indvirkning på månens overflade , NASA (18. april 2014). Arkiveret fra originalen den 14. april 2019. Hentet 18. april 2014.

Links

• Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE  ) . NSSDC . NASA . Hentet: 7. september 2013.
• Alexey Timoshenko. De har deres egen atmosfære der . Videnskab og teknologi . Lenta.ru (7. september 2013). Hentet 9. september 2013. (ubestemt)
• Dwayne Brown. Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) - Pressesæt  ( PDF) NASA (august 2013). Hentet: 10. september 2013.

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)