Explorator de atmosferă lunară și praf

LADEE (abreviat din limba engleză  L unar A tmosphere and Dust Environment E xplorer - „  Cercetarea atmosferei lunare și a mediului de praf”) este un program pentru studierea atmosferei lunare și a mediului de praf de pe orbită. Dispozitivul a fost lansat pe 7 septembrie 2013. Costul total al proiectului este estimat la aproximativ 280 de milioane de dolari.

Istorie și fundal

Misiunea LADEE a fost dezvăluită în februarie 2008, în timpul anunțului bugetului 2009 al NASA . Inițial, lansarea a fost planificată să fie efectuată împreună cu lansarea satelitului GRAIL .

Strălucire din exosfera Lunii

În timpul misiunilor Apollo, astronauții au descoperit că lumina soarelui se împrăștie în apropierea terminatorului lunar , provocând „strălucire la orizont” și „fluxuri de lumină” pe suprafața lunii. Acest fenomen a fost observat din partea întunecată a Lunii în timpul apusurilor și răsăritului soarelui , atât de la aterizările de la suprafață, cât și de astronauții aflați pe orbita lunii. Imprăștirea a venit ca o surpriză, deoarece până atunci se credea că Luna practic nu avea atmosferă sau exosferă [3] .

Cu toate acestea, conform modelelor care au fost propuse încă din 1956 [4] , în timpul zilei, radiațiile ultraviolete și gamma de la Soare scot electronii din atomi și molecule . Particulele de praf încărcate pozitiv rezultate sunt ejectate la înălțimi de la câțiva metri la câțiva kilometri , particulele mai mici în masă ating înălțimi mai mari [5] . Și pe partea de noapte, praful capătă o sarcină negativă datorită electronilor de la vântul solar. „Modelul fântânii” [6] presupune că pe partea de noapte, praful capătă o sarcină mai mare decât pe partea de zi, ceea ce ar trebui să conducă la emisia de particule la altitudini mai mari și la viteze mai mari . Acest efect poate fi sporit în timpul trecerii cozii magnetice a Pământului de către Lună . În acest caz, pe linia de terminare pot apărea gradiente orizontale puternice ale câmpului electric între partea de noapte și cea de zi , ceea ce ar trebui să conducă la mișcarea particulelor de praf. Astfel, o cantitate suficientă de praf poate fi întotdeauna la altitudini mari, ceea ce ar putea fi cauza strălucirilor observate.

Un alt motiv poate fi „coada de sodiu” a Lunii, descoperită în 1998 în timpul observării ploii de meteori Leonide de către oamenii de știință de la Universitatea din Boston [7] [8] [9] . Sodiul atomic este emis în mod constant de pe suprafața Lunii. Presiunea luminii solare accelerează atomii, formând o coadă extinsă departe de Soare, lungă de sute de mii de kilometri. Această coadă poate fi, de asemenea, cauza strălucirilor lunare observate.

Limitările comunicării în spațiul adânc

Sistemele moderne de comunicații în spațiul adânc pot oferi doar rate de date extrem de scăzute. De exemplu, majoritatea datelor de la Voyagers sunt primite la 160  bps [10] , în timp ce imaginile de înaltă rezoluție de pe Marte pot dura 90 de minute pentru a fi transmise [11] . Utilizarea fasciculelor laser în locul undelor radio ca mijloc de transmitere a datelor poate oferi câștiguri semnificative în viteza de transmisie .

Obiectivele misiunii

Principalele obiective științifice ale misiunii LADEE [1] sunt:

1. Determinarea densității totale , compoziției și variabilității temporale a exosferei Lunii înainte ca aceasta să fie perturbată de activitatea umană ulterioară, precum și căutarea proceselor naturale care o afectează;
2. Determinarea cauzei strălucirii împrăștiate observate de astronauții Apollo la 10 kilometri deasupra suprafeței Lunii;
3. Determinarea dimensiunii, formei și distribuției spațiale a particulelor de praf cosmic conduse de câmpuri electrostatice.
4. Determinarea posibilei influențe a atmosferei lunare asupra viitoarelor zboruri și asupra posibilității de a efectua observații astronomice de pe suprafața Lunii.

A fost testat un sistem de comunicație cu laser bidirecțional între Lună și Pământ , care va crește semnificativ rata de transfer de date în comparație cu sistemele de comunicații existente în spațiul adânc care utilizează unde radio pentru transmisie [12] .

Dispozitiv dispozitiv LADEE

Dispozitivul este construit pe baza platformei spațiale Modular Common Spacecraft Bus .

Motoare

Sistemul de propulsie include un sistem de corectare a orbitei si un sistem de control al jetului .

Sistemul de corecție a orbitei ar trebui să asigure accelerația principală a navei spațiale LADEE . Motorul principal inclus în acesta este High Performance Apogee Thruster (HiPAT) cu o tracțiune de 455  N.

Sistemul de control reactiv oferă:

1. Menținerea orientării aparatului în timpul funcționării sistemului de corectare a orbitei;
2. Resetarea momentului de inerție al volantelor sistemului de stabilizare giroscopică , care controlează orientarea aparatului în intervalele dintre manevre;
3. Efectuarea de manevre în timpul fazei științifice a zborului;
4. Deorbita ulterioară pentru eliminarea aparatului prin ciocnire cu suprafața lunii.

Motoarele incluse în sistemul de control cu ​​jet asigură 22  N de tracțiune și sunt analogi redusi ai motorului principal.

Surse de alimentare

Sursele de alimentare sunt 30 de panouri solare de siliciu situate pe corpul aparatului și care asigură o putere de ieșire de 295  wați [2] la o distanță de 1  UA. e. [1] .

Ca baterii se folosește 1 baterie litiu-ion cu o capacitate de până la 24  Ah la o tensiune de 28  V [1] .

Echipament științific

Orbiterul LADEE este echipat cu următoarele instrumente și demonstratoare de tehnologie:

• Spectrometrul de masă neutră (NMS) conceput pentru a studia exosfera Lunii. Instrumentul este o evoluție a instrumentului SAM utilizat la Mars Science Laboratory .
• Un spectrometru ultraviolet-vizibil ( UVS), care este planificat să fie utilizat pentru a studia atât praful interplanetar, cât și exosfera lunară. Acest spectrometru este o dezvoltare a spectrometrului operat în misiunea LCROSS .
• Un senzor de praf LDEX care permite examinarea directă a prafului. Acest instrument este o dezvoltare a instrumentelor utilizate în misiunile Galileo , Ulysses și Cassini .
• Lunar Laser Com Demo (LLCD) Space Laser Communication Technology Demonstrator [13] .

• Diagrama de dispunere a dispozitivelor externe ale dispozitivului LADEE

• Senzor de praf LDEX

• Spectrometru de masă neutru NMS

• Spectrometru de ultraviolete și vizibile UVS

Zbor

Sonda a fost controlată de la Centrul de Cercetare Ames [14] .

Lansare

Pe 7 septembrie 2013 la ora 03:27 UTC (6 septembrie la 23:27 EDT ), vehiculul de lansare Minotaur -5 cu aparatul LADEE la bord a fost lansat cu succes de pe pad-ul 0B al Cosmodromului Regional Mid-Atlantic , situat pe teritoriu. al Centrului de zbor Wallops .

Pe lângă sonda LADEE în sine , a patra și a cincea etapă a vehiculului de lansare au intrat pe orbită, devenind resturi spațiale [15] .

După separarea de vehiculul de lansare, sonda LADEE a încercat să oprească rotația reziduală folosind volantele de control al atitudinii. Cu toate acestea, computerul de bord a detectat că volantele atrage prea mult curent și le-a prăbușit. Motivul au fost parametrii prea rigidi ai sistemului de protecție, stabiliți înainte de pornire. A doua zi, după ajustarea lor, a fost lansat din nou sistemul de orientare. [16]

• LADEE și vehiculul de lansare „Minotaur-5” pe rampa de lansare

• Lansarea vehiculului de lansare „Minotaur-5” cu dispozitivul LADEE

• Începeți LADEE , Vienna , Virginia

Zbor spre Lună

Modelul de zbor al sondei LADEE implică lansarea acesteia pe o orbită extrem de eliptică . În timpul a 3 orbite succesive de „fazare” în jurul Pământului, înălțimea orbitei va crește treptat. Pe a treia orbită, pornirea motorului va oferi sondei suficientă viteză pentru a intra în gravitația Lunii și a intra pe o orbită retrogradă. Parametrii țintă ai celei de-a 3-a orbite: altitudinea la perigeu - 200 km ; la apogeu - 278.000 km ; înclinarea orbitei este de 37,65°.

Pe 10 septembrie 2013, la aproximativ 7 am PDT (14 ore UTC ), nava spațială a intrat în modul sigur din cauza unor erori în configurarea a două camere ale sistemului de orientare stelar, ceea ce a dus la o eroare în calcularea abaterilor în momentul în care ambele camerele erau iluminate de Soare. Erorile au fost corectate, iar a doua zi dimineață, 11 septembrie 2013, dispozitivul a fost scos din modul sigur și a continuat să funcționeze normal. [paisprezece]

Pe 11 septembrie 2013, la ora 1600 PDT (0000 ore pe 12 septembrie UTC ), manevra AM-1 (abreviată din engleza  Apogee Maneuver  - „Apogee Maneuver” ) a fost finalizată cu succes . Aceasta a fost o pornire de probă a motorului principal al sistemului de corecție a orbitei. Testele efectuate după pornire indică faptul că motorul a funcționat normal și fără nicio reclamație [14] .

Pe 13 septembrie 2013, la 09:38 PDT (16:38 UTC ), a fost efectuată prima manevră de „fazare” PM-1 ( Perigee Maneuver  - „ perigee maneuver”) . Datele preliminare de telemetrie arată funcționarea normală a tuturor sistemelor. Sonda nu a intrat în modul sigur nici înainte, nici după manevră. În plus, sonda a trecut cu succes de umbra Pământului pentru prima dată [14] .

Pe 15 septembrie 2013 au fost efectuate teste primare ale echipamentelor științifice . Deoarece instrumentele sunt încă acoperite cu capace de protecție, s-a făcut doar o verificare a electronicii lor. Verificarea nu a evidențiat nicio problemă în funcționarea spectrometrului de masă neutru (NMS). În plus, au fost efectuate sondaje de calibrare în întuneric pe spectrometrul ultraviolet și vizibil (UVS) [14] .

La 17 septembrie 2013, verificarea electronică post-lansare a demonstratorului de tehnologie de comunicații laser LLCD a fost finalizată . Sesiunea de comunicare directă prin canalul optic nu a fost planificată și nu a fost realizată. Verificarea a arătat că LLCD este pe deplin operațional [14] .

Pe 18 septembrie 2013, spectrometrul de masă neutru NMS a fost pregătit pentru îndepărtarea capacului de protecție. Spectrometrul UVS a fost supus unui al doilea sondaj de calibrare la întuneric și acum este încălzit suplimentar pentru a se asigura că nu rămâne apă. Sonda LADEE și-a depășit apogeul și se află pe a doua orbită „de fază” [14] .

Pe 21 septembrie 2013 la 04:53 PDT (11:53 UTC ) a doua manevră de perigeu PM-2 a fost finalizată cu succes. Odată cu aceasta, LADEE a trecut din nou prin umbra Pământului. Toate sistemele de la bord, inclusiv sistemul de alimentare cu energie, funcționează normal [14] .

La 1 octombrie 2013 a fost efectuată manevra TCM-1 ( Trajectory Correction Maneuver  - „manevra de corectare a orbitei”) [14] . Manevra PM-3 programată pentru acea dată nu a fost necesară din cauza manevrelor anterioare excelent executate [17] .

Pe 3 octombrie 2013, capacul de protecție al spectrometrului de masă neutru NMS a fost scăpat [14] .

Intrarea pe orbita lunară și sistemele de testare

În această perioadă, oamenii de știință vor efectua primele verificări ale echipamentelor și instrumentelor științifice de la bord. În continuare, în decurs de o săptămână, specialiștii vor transfera sonda pe o orbită lunară înaltă. Este planificat ca, în urma manevrelor acestei faze a zborului, LADEE să intre pe orbita lunară cu o înclinare de 155 °, după care orbita va fi coborâtă treptat până la cea de lucru [18] .

Pe 6 octombrie 2013, la apropierea apogeului pe a treia orbită, a fost efectuată manevra LOI-1 ( Ing.  Lunar Orbit Insertion  - „intrare în orbită lunară”). Durata manevrei a fost de 196  s , modificarea vitezei a fost de 267  m/s [14] [18] . Ca urmare a manevrei , sonda LADEE a intrat pe o orbită eliptică de 24 de ore în jurul Lunii. Precizia manevrei a făcut posibilă evitarea ajustărilor orbitale ulterioare [14] .

Pe 9 octombrie 2013 a fost efectuată manevra LOI-2. Durata - 198 s , schimbarea vitezei - 296 m/s [18] . Ca urmare a manevrei, nava spațială LADEE a intrat pe o orbită eliptică în jurul Lunii cu o perioadă de revoluție de 4  ore [14] .

Pe 12 octombrie 2013 a fost finalizată manevra LOI-3. Durata - 146 s , schimbarea vitezei - 239 m/s . La finalizarea acestei manevre, sonda LADEE a intrat pe o orbită lunară circulară cu un periapsis la o altitudine de aproximativ 235  km și o apoapsis la o altitudine de aproximativ 250  km [14] [18] . Ca urmare a tuturor manevrelor , nava spațială LADEE a fost lansată pe orbita calculată și este gata de funcționare.

Pe 16 octombrie 2013 au fost finalizate testele instrumentelor LDEX și UVS [14] .

Test de sistem de comunicare laser bidirecțional LLCD

Pe 18 octombrie 2013, a fost testat sistemul de comunicații laser bidirecționale Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) . Ca rezultat, a fost posibil să se realizeze o rată de transfer de date de 622  Mbit / s de la aparat la stația de la sol și 20  Mbit / s de la stația de la sol la aparatul situat la o distanță de 385.000  km ( 239.000  mile ) de la Pământul [19] .

Faza științifică

Orbita nominală pentru o misiune științifică este aproape circulară (aproximativ 50 km deasupra suprafeței Lunii) retrogradă ecuatorială cu o perioadă de 113 minute , orbita este peste terminator . După ce cea mai mare parte a misiunii științifice a fost finalizată, orbiterul a fost plasat pe o orbită eliptică mai înaltă pentru a demonstra tehnologia de comunicații cu laser.

Oprire

Înainte de sfârșitul misiunii, nava spațială LADEE și-a scăzut treptat altitudinea orbitală și a continuat să efectueze observații științifice .

Pe 17 aprilie 2014 la 10:59 PDT (19:59 UTC ) LADEE a lovit suprafața Lunii [14] [20] .

Galerie

• Testarea bazei LADEE , autobuzul navelor spațiale comune modulare , la Centrul de Cercetare Ames , 2008.

• Instalarea panourilor solare pe aparatul LADEE in camera curata a Centrului de Cercetare Ames .

• LADEE înainte de a fi testat pe un agitator , ianuarie 2013.

• LADEE înainte de montarea carenului, august 2013.

Vezi și

• Lunar Quest (program spațial)

Note

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Kit de presă .
2. ↑ 123 NASA . _ _
3. ↑ T. J. Stubbs, R. R. Vondrak și W. M. Farrell. Un model dinamic de fântână pentru praful lunar  . Lunar and Planetary Science XXXVI (30 martie 2005). Preluat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 1 februarie 2019.
4. ↑ Thomas Townsend Brown. Beneficiul izotopilor gravitaționali ai luminii (prin iradiere și ridicare și cădere selectivă) așa cum poate apărea pe  Lună . Caiete științifice, voi. 1 . Willam Moore (11 februarie 1956). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 22 mai 2011.
5. ↑ Trudy E. Bell, Dr. Tony Phillips. Furtunile Lunii  . NASA (7 decembrie 2005). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original pe 12 septembrie 2013.
6. ↑ Moon Fountains  (engleză)  (link inaccesibil) . NASA (30 martie 2005). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original pe 12 septembrie 2013.
7. ↑ Astronomii descoperă că Luna are o coadă lungă, asemănătoare unei comete  . CNN (7 iunie 1999). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 2 iunie 2016.
8. ↑ Coada Lunii pătată  . BBC News (9 iunie 1999). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 26 ianuarie 2021.
9. ↑ Lunar Leonids 2000  (engleză)  (link nu este disponibil) . NASA Science News (26 octombrie 2000). Preluat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 3 martie 2014.
10. ↑ Anatoly Kopik. Legături radio spațiale. Comunicații radio în spațiul adânc . Revista „În jurul lumii” (octombrie 2007). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 20 august 2013. (Rusă)
11. ↑ Lori Keesey. NASA va demonstra comunicațiile prin  fascicul laser . NASA (22 septembrie 2013). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 6 aprilie 2013.
12. ↑ Dewayne Washington. Laser spațial pentru a demonstra că este posibilă  creșterea în bandă largă . NASA News (13 august 2013). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original pe 22 septembrie 2013.
13. ↑ NASA se aventurează într-o nouă eră a comunicațiilor spațiale folosind lasere, începând cu Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD)  (  link inaccesibil) . NASA . Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original pe 3 septembrie 2013.
14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Misiunea LADEE a  NASA . misiuni . NASA (11 septembrie 2013). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 25 aprilie 2021.
15. ↑ William Graham. Minotaur V de la Orbital lansează misiunea LADEE pe Lună  (engleză) . NASAspaceflight.com (6 septembrie 2013). Preluat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original la 23 septembrie 2019.
16. ↑ Stephen Clark . Misiunea Lunii decolează, depășește problema de punctare , Zborul spațial acum  ( 7 septembrie 2013). Arhivat din original pe 4 octombrie 2019. Preluat la 14 septembrie 2013.
17. ↑ Butler Hine ( manager de proiect LADEE ) . Actualizare LADEE Project Manager: Instrument Checkout Complete, Cruising to the Moon  , NASA (  25 septembrie 2013). Arhivat din original pe 26 septembrie 2013. Preluat la 27 septembrie 2013.
18. ↑ 1 2 3 4 LADEE - Proiectarea misiunii și a traiectoriei  (engleză)  (link indisponibil) . spaceflight101.com. Consultat la 1 octombrie 2013. Arhivat din original pe 24 septembrie 2015.
19. ↑ Sistemul laser al NASA stabilește un record cu transmisiile de date de pe  Lună . parabolicarc.com. Preluat la 3 iunie 2014. Arhivat din original la 21 octombrie 2021.
20. ↑ NASA Completes LADEE Mission with Planned Impact on Moon's Surface , NASA (18 aprilie 2014). Arhivat din original pe 14 aprilie 2019. Preluat la 18 aprilie 2014.

Link -uri

• Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE  ) . NSSDC . NASA . Preluat: 7 septembrie 2013.
• Alexei Timoșenko. Ei au propria lor atmosferă acolo . Știință și Tehnologie . Lenta.ru (7 septembrie 2013). Preluat la 9 septembrie 2013. (nedefinit)
• Dwayne Brown. Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) - Kit de presă  ( PDF) NASA (august 2013). Preluat: 10 septembrie 2013.

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)