Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
LADEE
Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer
LADEE w flare - cropped.jpg
Заказчик

Соединённые Штаты Америки НАСА

Производитель

Соединённые Штаты Америки НАСА, Исследовательский центр Эймса

Оператор

Соединённые Штаты Америки НАСА

Задачи

Исследование экзосферы Луны

Спутник

Луны

Запуск

7 сентября 2013 года, 03:27 UTC

Ракета-носитель

Соединённые Штаты Америки Минотавр-5

Стартовая площадка

Соединённые Штаты Америки Уоллопс/MARS LP-0B

Длительность полёта

220 суток (30 суток полёт до Луны, 30 суток проверки и 160 суток научная работа)

Сход с орбиты

17 апреля 2014 года (cтолкновение с поверхностью Луны после окончания миссии)

NSSDC ID

2013-047A

SCN

39246

Стоимость

280 млн $[1]

Технические характеристики
Платформа

Modular Common Spacecraft Bus

Масса

полная: 383 кг (сухая: 248.2 кг; топливо: 134.8 кг; полезная нагрузка: 49.6 кг)[2][1]

Размеры

2.37 м × 1.85 м × 1.85 м[1]

Мощность

295 Вт[2] на расстоянии а. е. от Солнца[1]

Источники питания

30 кремниевых солнечных панелей, расположенных на корпусе аппарата, 1 литий-ионная батарея ёмкостью до 24 А·ч при напряжении 28 В[1]

Сайт проекта
Commons-logo.svg LADEE на Викискладе

LADEE (сокр. от англ. Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer — «Исследователь лунной атмосферы и пылевого окружения») — программа изучения лунной атмосферы и пылевого окружения её орбиты. Полная стоимость проекта оценена примерно в 280 миллионов долларов.

История и предпосылки[править | править исходный текст]

Миссия LADEE была представлена в феврале 2008 года во время оглашения бюджета НАСА на 2009 год. Изначально запуск планировалось осуществить совместно с запуском спутника GRAIL.

Свечение экзосферы Луны[править | править исходный текст]

Зарисовка свечения, наблюдавшегося экипажами «Апполонов»

В ходе полётов «Аполлонов» астронавты обнаружили, что солнечный свет рассеивается около лунного терминатора, вызывая «свечение горизонта» и «потоки света» над лунной поверхностью. Этот феномен наблюдался с тёмной стороны Луны в течение закатов и рассветов как с посадочных аппаратов на поверхности, так и астронавтами на лунной орбите. Рассеяние явилось неожиданностью, так как до этого считалось, что Луна практически не обладает атмосферой или экзосферой[3].

Однако, согласно моделям, предлагавшимся ещё с 1956 года[4], на дневной стороне ультрафиолетовое и гамма-излучение Солнца выбивают электроны из атомов и молекул. Образовавшиеся положительно заряженные пылевые частицы выбрасываются на высоты от нескольких метров до нескольких километров, при этом меньшие по массе частицы достигают бо́льших высот[5]. А на ночной стороне пыль приобретает отрицательный заряд благодаря электронам из солнечного ветра. «Модель фонтана»[6] предполагает, что на ночной стороне пыль приобретает бо́льший по величине заряд, чем на дневной, что должно приводить к выбросу частиц на бо́льшие высоты и с бо́льшими скоростями. Этот эффект может усиливаться во время прохождения Луной магнитного хвоста Земли. На линии терминатора при этом могут возникать сильные горизонтальные градиенты электрического поля между ночной и дневной стороной, что должно приводить к перемещению частиц пыли. Таким образом, достаточное количество пыли может постоянно находиться на больших высотах, что и могло явиться причиной наблюдавшихся свечений.

Другой причиной может служить «натриевый хвост» Луны, открытый в 1998 году во время наблюдения метеоритного потока Леонидов учёными Бостонского университета[7][8][9]. Атомарный натрий постоянно испускается с поверхности Луны. Давление солнечного света ускоряет атомы, формируя протяжённый хвост в направлении от Солнца длиной в сотни тысяч километров. Этот хвост также может являться причиной наблюдавшихся лунных свечений.

Ограниченность дальней космической связи[править | править исходный текст]

Современные системы дальней космической связи могут обеспечить лишь крайне низкую скорость передачи данных. Например, бо́льшая часть данных от «Вояджеров» принимается со скоростью 160 бит/с[10], а передача изображений высокого разрешения с Марса может занимать 90 минут[11]. Использование лазерных лучей вместо радиоволн в качестве средства передачи данных может дать существенный выигрыш в скорости передачи.

Цели миссии[править | править исходный текст]

Основные научные цели миссии LADEE[12]:

  1. Определение общей плотности, состава и изменчивости во времени экзосферы Луны до её возмущения дальнейшей деятельностью человека, а также поиск естественных процессов, оказывающих на неё влияние;
  2. Определение причины рассеянного свечения, наблюдавшегося астронавтами «Аполлонов» в 10 километрах над поверхностью Луны;
  3. Определение размеров, формы и пространственного распределения частиц космической пыли, движимых электростатическими полями.
  4. Определение возможного влияния лунной атмосферы на будущие полёты и на возможность проведения астрономических наблюдений с поверхности Луны.

Проводились испытания системы двусторонней лазерной связи между Луной и Землей, которая позволит существенно увеличить скорость передачи данных по сравнению с существующими системами дальней космической связи, использующих для передачи радиоволны[13].

Устройство аппарата LADEE[править | править исходный текст]

Аппарат построен на базе космической платформы Modular Common Spacecraft Bus.

Двигатели[править | править исходный текст]

Двигательная система включает в себя систему коррекции орбиты и реактивную систему управления.

Система коррекции орбиты должна обеспечить основное ускорение аппарата LADEE. Главным двигателем, входящим в неё, является High Performance Apogee Thruster (HiPAT) тягой 455 Н.

Система реактивного управления обеспечивает:

  1. Удержание ориентации аппарата во время работы системы коррекции орбиты;
  2. Сброс момента инерции маховиков системы гиростабилизации, управляющей ориентацией аппарата в промежутках между манёврами;
  3. Выполнение манёвров в течение научной фазы полёта;
  4. Последующий сход с орбиты для захоронения аппарата путём столкновения с поверхностью Луны.

Двигатели, входящие в систему реактивного управления, обеспечивают тягу 22 Н и являются уменьшенными аналогами главного двигателя.

Источники питания[править | править исходный текст]

Источниками питания являются 30 кремниевых солнечных панелей, расположенных на корпусе аппарата и обеспечивающих выходную мощность 295 ватт[2] на расстоянии а. е.[1].

В качестве аккумуляторов используется 1 литий-ионная батарея ёмкостью до 24 А·ч при напряжении 28 В[1].

Научная аппаратура[править | править исходный текст]

Орбитальный аппарат LADEE оборудован следующими инструментами и демонстраторами технологий:

  • Нейтральный масс-спектрометр (NMS), предназначенный для исследования экзосферы Луны. Инструмент является развитием прибора SAM, используемого в Mars Science Laboratory.
  • Спектрометр ультрафиолетового и видимого диапазонов (UVS), который планируется использовать для исследования как межпланетной пыли, так и экзосферы Луны. Этот спектрометр является развитием спектрометра, работавшего в миссии LCROSS.
  • Датчик пыли LDEX, позволяющий напрямую изучить пыль. Этот инструмент является развитием инструментов, работавших в миссиях «Галилео», «Улисс» и «Кассини».
  • Демонстратор технологии космической лазерной связи Lunar Laser Com Demo (LLCD)[14].

Полёт[править | править исходный текст]

Управление зондом осуществлялось из исследовательского центра Эймса[15].

Запуск[править | править исходный текст]

7 сентября 2013 года в 03:27 UTC (6 сентября в 23:27 EDT) был успешно произведён запуск ракеты-носителя «Минотавр-5» с аппаратом LADEE на борту с площадки 0B Среднеатлантического регионального космодрома, расположенного на территории центра полётов Уоллопс.

Кроме самого́ зонда LADEE, на орбиту вышли четвёртая и пятая ступени ракеты-носителя, став космическим мусором[16].

После отделения от ракеты-носителя зонд LADEE попытался остановить остаточное вращение с помощью маховиков системы ориентации. Однако бортовой компьютер обнаружил, что маховики потребляют слишком большой ток, и аварийно отключил их. Причиной послужили слишком жёсткие параметры системы защиты, заложенные перед стартом. На следующий день, после их корректировки, система ориентации была запущена вновь.[17]

Перелёт к Луне[править | править исходный текст]

Схема полёта зонда LADEE предполагает его вывод на высокоэллиптическую орбиту. В течение 3-х последовательных «фазирующих» витков вокруг Земли высота орбиты будет постепенно увеличиваться. На третьем витке запуск двигателя предаст зонду достаточную скорость для входа в зону действия притяжения Луны и перехода на ретроградную орбиту. Целевые параметры 3-го витка: высота в перигее — 200 км; в апогее — 278 000 км; наклон орбиты — 37,65°.

10 сентября 2013 года приблизительно в 7 утра по PDT (14 часов UTC) космический аппарат ушёл в безопасный режим из-за ошибок в настройке двух камер системы звёздной ориентации, которые привели к ошибке при вычислении отклонений в тот момент, когда обе камеры оказались засвечены Солнцем. Ошибки были исправлены, и следующим утром, 11 сентября 2013 года, аппарат был выведен из безопасного режима и продолжил работу в штатном режиме.[15]

11 сентября 2013 года в 16 часов по PDT (00 часов 12 сентября UTC) был успешно выполнен манёвр AM-1 (сокр. от англ. Apogee Maneuver — «манёвр а апогее»). Это было тестовое включение главного двигателя системы коррекции орбиты. Тесты, проведённые после включения, говорят о том, что двигатель отработал штатно и без каких либо нареканий[15].

13 сентября 2013 года в 9:38 PDT (16:38 UTC) был произведён первый «фазирующий» манёвр PM-1 (Perigee Maneuver — «манёвр в перигее»). Предварительные данные телеметрии показывают штатную работу всех систем. Зонд не уходил в безопасный режим ни до, ни после манёвра. Кроме того зонд впервые и успешно прошёл тень Земли[15].

15 сентября 2013 года были проведены первичные тесты научного оборудования. Поскольку инструменты всё ещё закрыты защитными крышками, то была произведена лишь проверка их электроники. Проверка не выявила никаких проблем в работе нейтрального массового спектрометра (NMS). Кроме того, были произведены темновые калибровочные съёмки на спектрометре ультрафиолетового и видимого диапазонов (UVS)[15].

17 сентября 2013 года завершена послестартовая проверка электроники демонстратора технологии лазерной связи LLCD. Непосредственно сеанс связи по оптическому каналу не планировался и проведён не был. Проверка показала, что LLCD полностью готов к работе[15].

18 сентября 2013 года нейтральный масс-спектрометр NMS подготовлен к снятию защитного чехла. Спектрометр ультрафиолетового и видимого диапазонов UVS второй раз прошёл темновые калибровочные съёмки и сейчас дополнительно подогревается, чтобы гарантировать отсутствие остатков воды. Зонд LADEE прошёл апогей и находится на втором «фазирующем» витке[15].

21 сентября 2013 года в 4:53 PDT (11:53 UTC) успешно выполнен второй манёвр в перигее PM-2. Вместе с этим LADEE опять прошёл через тень Земли. Все бортовые системы, включая систему питания, работают в штатном режиме[15].

1 октября 2013 выполнен манёвр TCM-1 (Trajectory Correction Maneuver  — «манёвр корректировки орбиты»)[15]. Запланированный на эту дату манёвр PM-3 не понадобился благодаря отлично произведённым предыдущим манёврам[18].

3 октября 2013 сброшена защитная крышка нейтрального масс-спектрометра NMS[15].

Выход на лунную орбиту и проверка систем[править | править исходный текст]

В этот период учёные проведут первые проверки бортового оборудования и научных приборов. Далее, в течение недели, специалисты переведут зонд на высокую окололунную орбиту. Планируется, что в результате манёвров этой фазы полёта аппарат LADEE выйдет на лунную орбиту с наклоном в 155°, после чего орбита будет постепенно понижена до рабочей[19].

На 6 октября 2013 года, при приближении к апогею на третьем витке, выполнен манёвр LOI-1 (англ. Lunar Orbit Insertion — «выход на лунную орбиту»). Продолжительность манёвра составила 196 с, изменение скорости составило 267 м/с[19][15]. В результате манёвра зонд LADEE вышел на 24-часовую эллиптическую орбиту вокруг Луны. Точность выполнения манёвра позволила избежать последующих корректировок орбиты[15].

9 октября 2013 года был выполнен манёвр LOI-2. Продолжительность — 198 с, изменение скорости — 296 м/с[19]. В результате манёвра аппарат LADEE перешёл на эллиптическую орбиту вокруг Луны с периодом обращения часа[15].

12 октября 2013 года выполнен манёвр LOI-3. Продолжительность — 146 с, изменение скорости — 239 м/с. По завершении этого манёвра зонд LADEE вышел на круговую лунную орбиту с перицентром на высоте приблизительно 235 км и апоцентром на высоте приблизительно 250 км[19][15]. В результате всех манёвров аппарат LADEE выведен на рассчётную орбиту и готов к работе.

16 октября 2013 года были завершены проверки инструментов LDEX и UVS[15].

На текущий момент все критически важные операции и манёвры завершены. Начало научной фазы полёта, а также проведение экспериментов по лазерной связи LLCD запланировано на середину ноября[15].

Научная фаза[править | править исходный текст]

Номинальная орбита для научной миссии — почти круговая (приблизительно 50 км над поверхностью Луны) ретроградная экваториальная с периодом 113 минут, периселений орбиты — над терминатором. После того, как основная часть научной миссии была выполнена, орбитальный аппарат был помещён на более высокую эллиптическую орбиту для демонстрации технологии лазерной связи.

Завершение работы[править | править исходный текст]

Перед завершением миссии космический аппарат LADEE постепенно снижал свою орбитальную высоту и продолжал проведение научных наблюдений. Столкновение аппарата с поверхностью Луны произошло 17 апреля 2014 года[20].

Галерея[править | править исходный текст]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Рress kit
  2. 1 2 3 NASA
  3. T. J. Stubbs, R. R. Vondrak and W. M. Farrell. A dynamic fountain model for lunar dust (англ.). Lunar and Planetary Science XXXVI (30 March 2005). Проверено 14 сентября 2013.
  4. Thomas Townsend Brown. Beneficiation of Light Gravitational Isotopes (by irradiation and selective lofting and falling) as it may occur on the Moon (англ.). Scientific Notebooks, Vol. 1. Willam Moore (11 February 1956). Проверено 14 сентября 2013.
  5. Trudy E. Bell, Dr. Tony Phillips. Moon Storms (англ.). NASA (7 December 2005). Проверено 14 сентября 2013.
  6. Moon Fountains (англ.). NASA (30 March 2005). Проверено 14 сентября 2013.
  7. Astronomers discover that moon has long, comet-like tail (англ.). CNN (7 June 1999). Проверено 14 сентября 2013.
  8. Moon's tail spotted (англ.). BBC News (9 June 1999). Проверено 14 сентября 2013.
  9. Lunar Leonids 2000 (англ.). NASA Science News (26 October 2000). Проверено 14 сентября 2013.
  10. Анатолий Копик. Космические радиолинии. Дальняя космическая радиосвязь (рус.). Журнал «Вокруг Света» (октябрь 2007). Проверено 14 сентября 2013.
  11. Lori Keesey. NASA to Demonstrate Communications Via Laser Beam (англ.). NASA (22 September 2013). Проверено 14 сентября 2013.
  12. Press-kit
  13. Dewayne Washington. Space Laser To Prove Increased Broadband Possible (англ.). NASA News (13 August 2013). Проверено 14 сентября 2013.
  14. NASA is venturing into a new era of space communications using lasers, beginning with the Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD) (англ.). NASA. Проверено 14 сентября 2013.
  15. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 NASA's LADEE Mission (англ.). Missions. NASA (11 September 2013). Проверено 14 сентября 2013.
  16. William Graham. Orbital's Minotaur V launches LADEE mission to the Moon (англ.). NASAspaceflight.com (6 September 2013). Проверено 14 сентября 2013.
  17. Stephen Clark. Moon mission blasts off, overcomes pointing problem  (англ.), Spaceflight Now (7 September 2013). Проверено 14 сентября 2013.
  18. Butler Hine (менеджер проекта LADEE). LADEE Project Manager Update: Instrument Checkout Complete, Cruising to the Moon  (англ.), NASA (25 September 2013). Проверено 27 сентября 2013.
  19. 1 2 3 4 LADEE - Mission and Trajectory Design (англ.). spaceflight101.com. Проверено 1 октября 2013.
  20. NASA Completes LADEE Mission with Planned Impact on Moon's Surface, NASA (18 апреля 2014).

Ссылки[править | править исходный текст]