Prospettore Lunare -Lunar Prospector

Prospettore lunare
Prospettore lunare trasparente.png
Prospettore lunare
Tipo di missione Orbiter lunare
Operatore NASA
ID COSPAR 1998-001A
SATCAT n. 25131
Durata della missione 570 giorni
Proprietà del veicolo spaziale
Autobus LM-100
Produttore Lockheed Martin
Massa di lancio 295 chilogrammi (650 libbre)
Massa secca 126 chilogrammi (278 libbre)
Potenza 202.0 W
Inizio missione
Ora di pranzo 7 gennaio 1998, 02:28:44  UTC ( 1998-01-07UTC02:28:44Z )
Razzo Atena II
Sito di lancio Cape Canaveral SLC-46
Contraente Sistemi spaziali Lockheed Martin
Fine della missione
Data di decadimento 31 luglio 1999, 09:52:02  UTC ( 1999-07-31UTC09:52:03Z )
Parametri orbitali
Sistema di riferimento selenocentrico
Eccentricità 0.00046
Altitudine Periselene 99,45 chilometri (61,80 miglia)
Altitudine Aposelene 101,2 chilometri (62,9 miglia)
Inclinazione 90,55 gradi
Periodo 117,9 minuti
Epoca 16 gennaio 1998
Orbiter lunare
Inserimento orbitale 11 gennaio 1998, 10:28 UTC
Sito d'impatto 87°42′S 42°06′E / 87,7°S 42,1°E / -87,7; 42.1
orbite ~7060
Strumenti
Spettrometro per raggi gamma (GRS) Spettrometro per neutroni (NS )
Lunar Prospector Spettrometro per
particelle alfa (APS)
Esperimento gravitazionale Doppler (DGE)
Magnetometro (MAG)
Riflettometro elettronico (ER)
Lunar Prospector insignia.png
Insegne ufficiali della missione Lunar Prospector  

Lunar Prospector è stata la terza missione selezionata dalla NASA per il pieno sviluppo e costruzione come parte del Discovery Program . Con un costo di $ 62,8 milioni, la missione di 19 mesi è stata progettata perun'indagine sull'orbita polare bassa della Luna , inclusa la mappatura della composizione della superficie, compresi i depositi di ghiaccio polare , le misurazioni deicampi magnetici e gravitazionali e lo studio degli eventi di degassamento lunare. La missione si è conclusa il 31 luglio 1999, quando l'orbiter è stato deliberatamente schiantato in un cratere vicino al polo sud lunare, dopo che è stata rilevata con successo la presenza di ghiaccio d'acqua.

I dati della missione hanno permesso la costruzione di una mappa dettagliata della composizione della superficie della Luna e hanno contribuito a migliorare la comprensione dell'origine, dell'evoluzione, dello stato attuale e delle risorse della Luna. Diversi articoli sui risultati scientifici sono stati pubblicati sulla rivista Science .

Lunar Prospector è stato gestito dalla NASA Ames Research Center con il primo appaltatore Lockheed Martin . Il principale investigatore della missione era Alan Binder . Il suo resoconto personale della missione, Lunar Prospector: Against all Odds , è molto critico nei confronti della burocrazia della NASA in generale e dei suoi appaltatori.

Nel 2013 è stato scoperto un oggetto non identificato in un'orbita instabile attorno alla Terra, a cui è stato assegnato il numero provvisorio WT1190F . Dopo che si è schiantato nell'Oceano Indiano è stato identificato come probabilmente l'iniettore translunare del Lunar Prospector.

Veicoli spaziali e sottosistemi

Il veicolo spaziale Lunar Prospector completamente assemblato è mostrato accoppiato in cima al modulo Star 37 Trans Lunar Injection

La navicella era un tamburo di grafite epossidica, di 1,36 m (4 ft 6 in) di diametro e 1,28 m (4 ft 2 in) di altezza con tre bracci strumentali radiali da 2,5 m (8 ft 2 in). Un braccio di estensione da 1,1 m (3 ft 7 in) all'estremità di uno dei bracci da 2,5 m sosteneva il magnetometro. La massa iniziale totale (completamente alimentata) era di 296 kg (653 libbre). Era stabilizzato allo spin (velocità di rotazione nominale 12 giri/min) con il suo asse di rotazione normale al piano dell'eclittica. La navicella era controllata da sei propulsori monopropellenti a idrazina da 22 newton (due a poppa, due a prua e due tangenziali). Tre serbatoi di carburante montati all'interno del tamburo contenevano 138 kg (304 libbre) di idrazina pressurizzata da elio. Il sistema di alimentazione era costituito da celle solari montate sul corpo che producevano una media di 186 W e una batteria NiCd ricaricabile da 4,8 A · h .

Le comunicazioni avvenivano attraverso due transponder in banda S , un'antenna a guadagno medio scanalato, phased array per il downlink e un'antenna omnidirezionale a basso guadagno per il downlink e l'uplink. Il computer di bordo era un Harris 80C86 con 64 kilobyte di EEPROM e 64 kilobyte di RAM statica . Tutto il controllo era da terra, il computer echeggiava ogni comando a terra per la verifica lì. Una volta che il comando è stato verificato a terra, un comando "esegui" da terra ha detto al computer di procedere con l'esecuzione del comando. Il computer ha costruito i dati di telemetria come una combinazione di dati immediati e anche letti da un buffer di coda circolare che ha permesso al computer di ripetere i dati che aveva letto 53 minuti prima. Questo semplice registratore a stato solido assicurava la ricezione di tutti i dati raccolti durante i periodi di blackout delle comunicazioni, a condizione che il blackout non fosse più lungo di 53 minuti.

La sonda trasportò anche una piccola quantità dei resti di Eugene Shoemaker (28 aprile 1928 – 18 luglio 1997), astronomo e co-scopritore della cometa Shoemaker-Levy 9 , sulla Luna per una sepoltura spaziale .

Profilo della missione

Una rappresentazione artistica del NASA 's Lunar Prospector della sonda lasciando l'orbita terrestre dopo la separazione dal richiamo quarto stadio.
Animazione di Lunar Prospector 's traiettoria dal 7 gennaio 1998 ed il 19 gen 1998
   Prospettore lunare  ·   Luna
Animazione di Lunar Prospector 's traiettoria intorno Luna dal 11 gennaio 1998 al 20 gennaio 1998
   Prospettore lunare   Luna

Dopo il lancio il 7 gennaio 1998 UT (6 gennaio EST) a bordo di un razzo Athena II a quattro stadi , Lunar Prospector ha effettuato una crociera di 105 ore verso la Luna. Durante la crociera sono stati dispiegati i tre bracci strumentali. Il MAG e l'APS hanno raccolto dati di calibrazione, mentre GRS, NS ed ER hanno degassato per un giorno, dopo di che hanno anche raccolto dati di calibrazione nello spazio cislunare . Il velivolo è stato inserito in un'orbita di cattura del periodo di 11,6 ore intorno alla Luna alla fine della fase di crociera. Dopo 24 ore il Lunar Prospector è stato inserito in un'orbita intermedia di 3,5 ore, seguita 24 ore dopo (il 13 gennaio 1998) dal trasferimento in un'orbita di mappatura preliminare di 92 km × 153 km (57 mi × 95 mi), e poi su 16 gennaio mediante inserimento nell'orbita di mappatura polare lunare nominale quasi circolare di 100 km (62 mi) con un'inclinazione di 90 gradi e un periodo di 118 minuti. I dati di calibrazione lunare sono stati raccolti durante le orbite di 11,6 e 3,5 ore. La raccolta dei dati di mappatura lunare è iniziata poco dopo il raggiungimento dell'orbita di 118 minuti. La raccolta dei dati è stata periodicamente interrotta durante la missione come previsto per le ustioni di manutenzione orbitale, che hanno avuto luogo per ricircolarizzare l'orbita ogni volta che il periselene o l' aposelene erano più di 20 km (12 mi) a 25 km (16 mi) dall'orbita nominale di 100 km ; questo accadeva circa una volta al mese. Il 19 dicembre 1998, una manovra ha abbassato l'orbita a 40 km (25 mi) per eseguire studi a risoluzione più elevata. L'orbita è stata modificata di nuovo il 28 gennaio in un'orbita di 15 km × 45 km (9,3 mi × 28,0 mi), terminando la missione primaria di un anno e iniziando la missione estesa.

Percorso della sonda spaziale Lunar Prospector

La missione si è conclusa il 31 luglio 1999 alle 9:52:02 UT (5:52:02 EDT) quando il Lunar Prospector è stato guidato in una collisione deliberata in un'area permanentemente in ombra del cratere Shoemaker vicino al polo sud lunare. Si sperava che l'impatto avrebbe liberato vapore acqueo dai sospetti depositi di ghiaccio nel cratere e che il pennacchio sarebbe stato rilevabile dalla Terra; tuttavia, tale pennacchio non è stato osservato.

La missione Lunar Prospector è stata la terza missione selezionata dalla NASA per il pieno sviluppo e lancio come parte del Discovery Program della NASA. Il costo totale della missione è stato di 63 milioni di dollari, compreso lo sviluppo (34 milioni di dollari), il veicolo di lancio (~ 25 milioni di dollari) e le operazioni (~ 4 milioni di dollari).

Strumenti

La navicella trasportava sei strumenti: uno spettrometro a raggi gamma , uno spettrometro di neutroni , un magnetometro , un riflettometro elettronico , uno spettrometro a particelle alfa e un esperimento di gravità Doppler. Gli strumenti erano omnidirezionali e non richiedevano alcun sequenziamento. La normale sequenza di osservazione consisteva nel registrare e trasferire i dati continuamente.

Spettrometro a raggi gamma (GRS)

Il Lunar Prospector Gamma Ray Spectrometer (GRS) ha prodotto le prime misurazioni globali degli spettri di raggi gamma dalla superficie lunare, da cui derivano le prime misurazioni "dirette" della composizione chimica per l'intera superficie lunare.

Il GRS era un piccolo cilindro montato all'estremità di uno dei tre bracci radiali da 2,5 m (8 ft 2 in) che si estendevano dal Lunar Prospector . Consisteva in un cristallo di germanato di bismuto circondato da uno scudo di plastica borata. I raggi gamma che colpiscono gli atomi di bismuto producono un lampo di luce con un'intensità proporzionale all'energia del raggio gamma che è stata registrata dai rivelatori. L'energia del raggio gamma è associata all'elemento responsabile della sua emissione. A causa di un basso rapporto segnale-rumore, sono stati necessari più passaggi per generare risultati statisticamente significativi. A nove passaggi al mese, ci si aspettava che fossero necessari circa tre mesi per stimare con sicurezza le abbondanze di torio, potassio e uranio e 12 mesi per gli altri elementi. La precisione varia a seconda dell'elemento misurato. Per U, Th e K, la precisione va dal 7% al 15%, per Fe 45%, per Ti 20% e per la distribuzione complessiva di KREEP dal 15% al ​​30%. Lo scudo di plastica borato è stato utilizzato nella rilevazione di neutroni veloci. Il GRS è stato progettato per ottenere una copertura globale da un'altitudine di circa 100 km (62 mi) e con una risoluzione superficiale di 150 km (93 mi).

Lo strumento ha mappato la distribuzione di vari elementi importanti sulla Luna. Ad esempio, il Lunar Prospector GRS ha identificato diverse regioni con alte concentrazioni di ferro.

Concentrazioni di torio sulla Luna, come mappate da Lunar Prospector

Lo scopo fondamentale dell'esperimento GRS era fornire mappe globali delle abbondanze elementali sulla superficie lunare. Il GRS è stato progettato per registrare lo spettro dei raggi gamma emessi da:

  1. il decadimento radioattivo degli elementi contenuti nella crosta lunare; e
  2. elementi della crosta bombardati dai raggi cosmici e dalle particelle del vento solare.

Gli elementi più importanti rilevabili dal GRS erano uranio (U), torio (Th) e potassio (K), elementi radioattivi che generano spontaneamente raggi gamma, ferro (Fe), titanio (Ti), ossigeno (O), silicio (Si), alluminio (Al), magnesio (Mg) e calcio (Ca), elementi che emettono raggi gamma quando colpiti dai raggi cosmici o dalle particelle del vento solare. L'uranio, il torio e il potassio in particolare sono stati usati per mappare la posizione di KREEP (potassio, elemento delle terre rare e materiale contenente fosforo, che si pensa si sia sviluppato tardi nella formazione della crosta e del mantello superiore, ed è quindi importante per comprendere l'evoluzione lunare). Il GRS era anche in grado di rilevare neutroni veloci (epitermici), che integravano lo spettrometro di neutroni nella ricerca dell'acqua sulla Luna.

Spettrometro di neutroni (NS)

Sulla base dei dati del Lunar Prospector Neutron Spectrometer (NS), gli scienziati della missione hanno determinato che ci sono prove sufficienti per il ghiaccio d'acqua lunare nei crateri polari della Luna, circa 3 miliardi di tonnellate (800 miliardi di galloni statunitensi).

Lo spettrometro di neutroni era un cilindro stretto collocato con lo spettrometro di particelle alfa all'estremità di uno dei tre bracci scientifici radiali del Prospettore lunare . Lo strumento aveva una risoluzione superficiale di 150 km (93 mi). Lo spettrometro di neutroni consisteva di due contenitori ciascuno contenente elio-3 e un contatore di energia. Qualsiasi neutrone termico che collide con gli atomi di elio fornisce una firma energetica che può essere rilevata e contata. Uno dei contenitori era avvolto nel cadmio e uno nella latta . Il cadmio scherma i neutroni termici (a bassa energia oa movimento lento), mentre lo stagno no. I neutroni termici sono neutroni generati dai raggi cosmici che hanno perso gran parte della loro energia nelle collisioni con gli atomi di idrogeno. Le differenze nei conteggi tra i due contenitori indicano il numero di neutroni termici rilevati, che a sua volta indica la quantità di idrogeno nella crosta lunare in una data posizione. Grandi quantità di idrogeno sarebbero probabilmente dovute alla presenza di acqua.

Il NS è stato progettato per rilevare minuscole quantità di ghiaccio d'acqua che si credeva esistessero sulla Luna. Era in grado di rilevare il ghiaccio d'acqua a un livello inferiore allo 0,01%. Per gli studi sul ghiaccio polare, il NS doveva esaminare i poli a 80 gradi di latitudine, con una sensibilità di almeno 10 ppm in volume di idrogeno. Per gli studi sull'idrogeno impiantato, il NS aveva lo scopo di esaminare l'intero globo con una sensibilità di 50 ppmv. La Luna ha un numero di crateri permanentemente in ombra vicino ai poli con temperature continue di -190 ° C (-310,0 ° F). Questi crateri possono agire come trappole fredde di acqua da comete e meteoroidi in arrivo. L'acqua di questi corpi che si è fatta strada in questi crateri potrebbe diventare permanentemente congelata. Il NS è stato utilizzato anche per misurare l'abbondanza di idrogeno impiantato dal vento solare .

Lo spettrometro di particelle alfa (APS)

L'Alpha Particle Spectrometer (APS) era un cubo di circa 18 cm (7,1 pollici) collocato con lo spettrometro di neutroni all'estremità di uno dei tre bracci scientifici del Lunar Prospector radiali di 2,5 m (8 piedi 2 pollici). Conteneva dieci rivelatori di silicio inseriti tra dischi d'oro e di alluminio disposti su cinque dei sei lati del cubo. Le particelle alfa, prodotte dal decadimento del radon e del polonio, lasciano tracce di carica sui wafer di silicio quando colpiscono il silicio. Al silicio viene applicata un'alta tensione e la corrente viene amplificata venendo incanalata lungo i binari fino al disco di alluminio e registrata per l'identificazione. L'APS è stato progettato per effettuare un esame globale degli eventi di rilascio di gas e della distribuzione del polonio con una risoluzione superficiale di 150 km (93 mi) e una precisione del 10%.

L'APS è stato progettato per rilevare eventi di degassamento del radon sulla superficie della Luna. L'APS ha registrato le firme delle particelle alfa del decadimento radioattivo del gas radon e del suo sottoprodotto, il polonio . Si ipotizza che questi presunti eventi di degassamento, in cui vengono scaricati radon, azoto e anidride carbonica, siano la fonte della tenue atmosfera lunare e potrebbero essere il risultato dell'attività vulcanica/tettonica di basso livello sulla Luna. Le informazioni sull'esistenza, la tempistica e le fonti di questi eventi possono aiutare a determinare lo stile e la velocità della tettonica lunare.

L'APS è stato danneggiato durante il lancio, rovinando uno dei cinque volti di rilevamento. Inoltre, a causa del picco di attività delle macchie solari durante la missione, i dati lunari sono stati oscurati dall'interferenza solare. L'informazione è stata infine recuperata sottraendo gli effetti dell'attività solare.

Esperimento di gravità Doppler (DGE)

Una visualizzazione del campo gravitazionale lunare basata su coefficienti armonici sferici determinati dai dati del Lunar Prospector . Il lato sinistro dell'immagine mostra il lato più lontano della Luna dove si può vedere la maggiore incertezza nel campo gravitazionale.

Il Doppler Gravity Experiment (DGE) è stata la prima mappatura polare a bassa quota del campo gravitazionale lunare. La missione Clementine aveva precedentemente prodotto una mappa a risoluzione relativamente bassa, ma il Prospector DGE ha ottenuto dati circa cinque volte più dettagliati: la "prima mappa gravitazionale veramente operativa della Luna". I vantaggi pratici di questo sono orbite a lungo termine più stabili e una migliore efficienza del carburante. Inoltre, si spera che i dati DGE aiutino i ricercatori a saperne di più sulle origini lunari e sulla natura del nucleo lunare. Il DGE ha identificato tre nuove regioni di concentrazione di massa vicino al lato .

Lo scopo del Lunar Prospector DGE era quello di conoscere la superficie e la distribuzione della massa interna della Luna. Ciò si ottiene misurando lo spostamento Doppler nel segnale di tracciamento in banda S quando raggiunge la Terra, che può essere convertito in accelerazioni di veicoli spaziali. Le accelerazioni possono essere elaborate per fornire stime del campo gravitazionale lunare, da cui è possibile modellare la posizione e la dimensione delle anomalie di massa che interessano l'orbita del veicolo spaziale. Le stime della superficie e della distribuzione della massa interna forniscono informazioni sulla crosta, sulla litosfera e sulla struttura interna della Luna .

Questo esperimento ha fornito i primi dati sulla gravità lunare da un'orbita polare bassa. Poiché per questo esperimento era richiesto il monitoraggio della linea di vista, solo il campo gravitazionale vicino poteva essere stimato utilizzando questo metodo Doppler. L'esperimento era un sottoprodotto del tracciamento della banda S del veicolo spaziale e quindi non ha requisiti di peso o alimentazione elencati. L'esperimento è stato progettato per fornire il campo gravitazionale vicino al lato con una risoluzione superficiale di 200 km (120 mi) e una precisione di 5 mGal (0,05 mm/s²) sotto forma di coefficienti armonici sferici di grado e ordine 60. Nell'esperimento esteso missione, in cui il veicolo spaziale è sceso in un'orbita con un'altitudine di 50 km (31 mi) e poi a 10 km (6,2 mi), questa risoluzione avrebbe dovuto migliorare di un fattore di 100 o più.

Il segnale di telemetria downlink è stato trasmesso a 2273 MHz, su una larghezza di banda di ± 1 MHz come segnale polarizzato circolarmente a destra con una potenza nominale di 5 W e una potenza di picco di 7 W. Gli uplink di comando sono stati inviati a 2093,0542 MHz su un ± 1 MHz larghezza di banda. Il transponder era un transponder Loral/Conic S-Band standard. È possibile utilizzare un'antenna omnidirezionale per uplink e downlink oppure è possibile utilizzare un'antenna elicoidale a medio guadagno (solo downlink). Poiché il veicolo spaziale era stabilizzato allo spin, lo spin ha provocato un bias nel segnale Doppler dovuto alla rotazione del modello dell'antenna del veicolo spaziale rispetto alla stazione terrestre di 0,417 Hz (27,3 mm/s) per l'antenna omnidirezionale e -0,0172 Hz ( -1,12 mm/s) per l'antenna a guadagno medio. I dati LOS sono stati campionati a 5 secondi per tenere conto della velocità di rotazione di circa 5 secondi del veicolo spaziale, lasciando un residuo inferiore a 0,1 mm/s.

I dati dettagliati raccolti hanno mostrato che per l'orbita lunare bassa le uniche orbite stabili o " congelate " sono ad inclinazioni vicine a 27º, 50º, 76º e 86º.

Riflettometro elettronico e magnetometro (MAG/ER)

Il magnetometro e il riflettometro elettronico (collettivamente, MAG/ER) hanno rilevato campi magnetici superficiali anomali sulla Luna, che sono in netto contrasto con una magnetosfera globale (che manca alla Luna). il campo magnetico complessivo della Luna è troppo debole per deviare il vento solare , ma MAG/ER ha scoperto una piccola anomalia superficiale che può farlo. Questa anomalia, di circa 100 km (62 mi) di diametro, è stata quindi definita "il più piccolo sistema conosciuto di magnetosfera, magnetoguaina e arco shock nel Sistema Solare". A causa di questa e di altre caratteristiche magnetiche della superficie lunare, l'idrogeno depositato dal vento solare non è distribuito uniformemente, essendo più denso alla periferia delle caratteristiche magnetiche. Poiché la densità dell'idrogeno è una caratteristica desiderabile per ipotetiche basi lunari, questa informazione può essere utile nella scelta dei siti ottimali per possibili missioni lunari a lungo termine.

Il riflettometro elettronico (ER) e il magnetometro (MAG) sono stati progettati per raccogliere informazioni sui campi magnetici lunari . la Luna non ha un campo magnetico globale, ma ha deboli campi magnetici localizzati sulla sua superficie. Questi possono essere resti paleomagnetici di un ex campo magnetico globale, o possono essere dovuti a impatti di meteoriti o altri fenomeni locali. Questo esperimento doveva aiutare a mappare questi campi e fornire informazioni sulle loro origini, consentire un possibile esame della distribuzione dei minerali sulla superficie lunare, aiutare a determinare le dimensioni e la composizione del nucleo lunare e fornire informazioni sul dipolo magnetico indotto dalla luna .

L'ER ha determinato la posizione e la forza dei campi magnetici dallo spettro energetico e dalla direzione degli elettroni . Lo strumento ha misurato gli angoli di inclinazione degli elettroni del vento solare riflessi dalla Luna dai campi magnetici lunari. Campi magnetici locali più forti possono riflettere elettroni con angoli di inclinazione maggiori. Le intensità di campo fino a 0,01 nT potrebbero essere misurate con una precisione spaziale di circa 3 km (1,9 mi) sulla superficie lunare. Il MAG era un magnetometro fluxgate triassiale simile nel design allo strumento utilizzato su Mars Global Surveyor . Potrebbe misurare l' ampiezza e la direzione del campo magnetico all'altitudine del veicolo spaziale con una risoluzione spaziale di circa 100 km (62 mi) quando i disturbi del plasma ambientale sono minimi.

Il pronto soccorso e il pacchetto elettronico si trovavano alla fine di uno dei tre bracci scientifici radiali sul Lunar Prospector . Il MAG è stato a sua volta esteso ulteriormente su un braccio di 0,8 m (2 piedi 7 pollici), un insieme di 2,6 m (8 piedi 6 pollici) dal Lunar Prospector per isolarlo dai campi magnetici generati dai veicoli spaziali. Gli strumenti ER e MAG avevano una massa combinata di 5 kg (11 libbre) e utilizzavano 4,5 watt di potenza.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno