달 탐사선

Lunar Prospector
제안된 달 착륙선은 탐사선(우주선)과 자원 탐사선(로버)을 참조하십시오.
달 탐사선
Lunar Prospector transparent.png
달 탐사선
미션 타입달 궤도선
교환입니다.NASA
COSPAR ID1998-001a Edit this at Wikidata
새캣25131
미션 기간570일
우주선 속성
버스LM-100
제조원록히드 마틴
발사 질량295kg(650파운드)
건조 질량126 kg (278파운드)
힘202.0 W
임무 개시
발매일1998년 1월7일 02:28:44 (1998-01-07)UTC02:28:44Z) UTC
로켓아테나 2세
발사장소케이프 커내버럴 SLC-46
청부업자록히드 마틴 우주 시스템즈
임무 종료
붕괴일자1999년 7월 31일 09:52:02 (1999-07-31)UTC09:52:03Z) UTC
궤도 파라미터
레퍼런스 시스템셀레노 중심
편심0.00046
페리셀렌 고도99.45km(61.80mi)
아포셀렌 고도101.2km(62.9mi)
기울기90.55도
기간117.9분
에폭1998년[1] 1월 16일
달 궤도선
궤도 삽입1998년 1월 11일 10:28 UTC
영향 부위87°42ºS 42°06ºE/87.7°S 42.1°E/ -87.7; 42.1
궤도~7060
인스트루먼트
감마선 분광계(GRS)
달 탐사 중성자 분광계(NS)
알파 입자 분광계(APS)
도플러 중력 실험(DGE)
자기계(MAG)
전자 반사계(ER)
Lunar Prospector insignia.png
달 탐사 임무의 공식 기장
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루나 프로스펙터는 NASA가 디스커버리 [2]프로그램의 일환으로 완전한 개발과 건설을 위해 선정한 세 번째 임무였다.6천280만 달러를 들여 19개월 동안 진행된 이번 임무는 달 수소 퇴적물을 포함한 표면 조성 지도 제작, 자기장과 중력장 측정, 달 가스 방출 사건 연구 등 저극권 궤도 조사를 위해 계획되었다.이 임무는 1999년 7월 31일 수소의 존재가 성공적으로 [3][4]감지된 후 달 남극 근처의 분화구에 궤도선이 의도적으로 충돌하면서 끝났다.

탐사선의 데이터는 달의 표면 구성에 대한 상세한 지도를 만들 수 있게 해주었고 달의 기원, 진화, 현재 상태, 그리고 자원에 대한 이해를 향상시키는데 도움을 주었다.이 과학적 결과에 대한 몇몇 논문이 [5][6]사이언스지에 실렸다.

루나 프로스펙터는 NASA 에임스 연구 센터에서 주요 계약자인 록히드 마틴과 함께 관리했다.그 임무의 수석 조사관은 앨런 바인더였다.임무에 대한 그의 개인적인 설명, 달 탐사선: 모든 Ods에 반하여, NASA의 전반적인 관료주의 및 계약자에 [7]대해 매우 비판적입니다.

2013년, 지구 주위의 불안정한 궤도에서 미확인 물체가 발견되어 잠정 번호 WT1190F가 지정되었다.그것이 인도양에 추락한 후 그것은 아마도 달 탐사선의 [8]반달 주사기로 확인되었습니다.

우주선 및 서브시스템

완전히 조립된 달 탐사선은 Star 37 Trans Lunar Injection 모듈 위에 짝지어져 있습니다.

이 우주선은 지름 1.36m, 높이 1.28m의 흑연 에폭시 드럼으로 지름 2.5m(8피트 2인치)의 기구 붐 3개가 달려 있다.2.5m 붐 중 하나의 끝에 있는 1.1m(3피트 7인치) 확장 붐이 자력계를 고정했습니다.총 초기 질량(완전 연료 공급)은 296 kg(653 lb)이었습니다.스핀 축이 황도면에 수직인 상태에서 스핀 안정화(공칭 스핀 속도 12 rpm)되었습니다.이 우주선은 6개의 히드라진 단연체 22-뉴톤 추진체에 의해 조종되었다.드럼 내부에 장착된 3개의 연료 탱크에는 헬륨에 의해 가압된 138kg(304lb)의 히드라진이 들어 있었습니다.전력 시스템은 평균 186 W의 전력을 생산하는 차체 장착형 태양 전지와 4.8 A/h 충전식 NiCd 배터리로 구성되었습니다.

통신은 2개의 S밴드 트랜스폰더, 다운링크용 슬롯형 단계별 어레이 중게인 안테나 및 다운링크 및 업링크용 전방향 저게인 안테나를 통해 이루어졌습니다.온보드 컴퓨터는 64킬로바이트의 EEPROM과 64킬로바이트의 스태틱 RAM을 탑재한 Harris 80C86이었습니다.모든 제어는 지상에서 이루어졌고, 컴퓨터는 각각의 명령을 지상으로 반향시켜 그곳에서 검증했다.명령어가 그라운드로 검증되면 지상에서 "execute" 명령어가 컴퓨터에 명령어 실행을 계속하도록 지시합니다.이 컴퓨터는 즉시 데이터의 조합으로 원격 측정 데이터를 구축했으며, 또한 컴퓨터가 53분 전에 읽었던 데이터를 반복할 수 있도록 하는 순환 큐 버퍼에서 읽기도 했습니다.이 심플한 솔리드 스테이트 레코더에 의해, 정전이 53분을 넘지 않는 한, 통신 정전 기간중에 수집된 모든 데이터를 수신할 수 있었습니다.

탐사선은 또한 우주 지질학자이자[9][10] 혜성 슈메이커-레비 9호의 공동 발견자인 유진 슈메이커의 유골 소량을 우주 매장지를 위해 달로 운반했다.

미션 프로파일

NASA의 달 탐사선이 부스터 4단계에서 분리된 후 지구 궤도를 이탈한 것에 대한 아티스트의 인상.
1998년 1월 7일부터 1998년 1월 19일까지 달 탐사선의 궤도 애니메이션
달 탐사선· 달
1998년 1월 11일부터 1998년 1월 20일까지 달 탐사선의 달 궤도 애니메이션
달 탐사선 달

1998년 1월 7일 UT (1월 6일 동부 표준시)에 4단 아테나 II 로켓을 타고 발사된 후, 루나 프로스펙터는 105시간의 달 탐사를 했다.순항 중에 3개의 계기 붐이 전개되었다.MAG와 APS는 교정 데이터를 수집했지만 GRS, NS 및 ER은 1일 동안 가스를 초과한 후 cislunar 공간에서 교정 데이터를 수집했습니다.이 우주선은 순항 국면이 끝날 때 달 주변의 11.6시간의 포획 궤도에 삽입되었다.24시간 후 달 탐사선을 3.5시간 중간 궤도에 삽입한 후, 24시간 후(1998년 1월 13일) 92km × 153km(57mi × 95mi) 예비 지도 궤도로 옮긴 후, 1월 16일 경사 100km(62mi) 고도 공칭 달 극지 지도 궤도에 삽입하여 그 뒤를 이었다.f 90도, 118분 주기.달 보정 데이터는 11.6시간과 3.5시간의 궤도 동안 수집되었다.달 지도 데이터 수집은 118분 궤도에 도달한 직후에 시작되었다.데이터 수집은 계획한 궤도 유지관리 화상에 대해 임무 수행 중 주기적으로 중단되었다. 이 화상은 페리셀렌 또는 아포셀렌이 100km 공칭 궤도에서 20km(12mi)~25km(16mi) 이상 떨어질 때마다 궤도를 재순환하기 위해 발생했다. 이는 매달 한 번꼴로 발생했다.1998년 12월 19일, 기동은 고해상도 연구를 수행하기 위해 궤도를 40km(25mi)로 낮췄다.궤도는 1월 28일 15km × 45km(9.3mi × 28.0mi) 궤도로 다시 변경되어 1년간의 1차 임무를 종료하고 연장 임무를 시작했다.

달 탐사선의 경로

이 임무는 1999년 7월 31일 UT (5:52:02 EDT)에 달 남극 근처의 슈메이커 분화구의 영구적인 그늘 지역에서 루나 프로스펙터가 고의적인 충돌로 조종되었을 때 종료되었다.충돌로 인해 분화구의 얼음 퇴적물로 의심되는 곳에서 수증기가 방출되어 지구로부터 플룸이 검출될 것으로 기대되었지만, 그러한 플룸은 관찰되지 않았다.

달 탐사선은 NASA의 디스커버리 프로그램의 일환으로 NASA가 완전한 개발과 발사를 위해 선정한 세 번째 임무였다.이번 임무의 총비용은 개발비(3400만달러), 발사체(2500만달러), 운용비(400만달러)를 포함해 6300만달러였다.

인스트루먼트

이 우주선에는 감마선 분광계, 중성자 분광계, 자력계, 전자 반사계, 알파 입자 분광계, 도플러 중력 실험기 등 6개의 장비가 실려 있었다.계측기는 전방위적이어서 시퀀싱이 필요하지 않았습니다.일반적인 관찰 시퀀스는 데이터를 지속적으로 기록하고 다운링크하는 것이었습니다.

감마선 분광계(GRS)

달 탐사선 감마선 분광계(GRS)는 달 표면에서 감마선 스펙트럼의 첫 번째 글로벌 측정을 생성했다. 이 측정에서 달 표면 전체에 대한 화학 조성의 첫 번째 "직접" 측정을 도출했다.

GRS는 루나 프로스펙터로부터 연장된 3개의 2.5m(8피트 2인치) 방사형 붐 중 하나의 끝에 장착된 작은 실린더였습니다.붕산염 플라스틱 차폐로 둘러싸인 게르만산 비스무트 결정으로 구성되었다.비스무트 원자에 부딪힌 감마선은 검출기에 의해 기록된 감마선의 에너지에 비례하는 강도의 섬광을 생성했다.감마선의 에너지는 방출을 담당하는 원소와 관련이 있다.신호 대 잡음비가 낮기 때문에 통계적으로 유의한 결과를 생성하기 위해서는 여러 번의 패스가 필요했습니다.월 9회 통과로 토륨, 칼륨, 우라늄의 함량을 자신 있게 추정하는 데 약 3개월, 다른 원소는 12개월이 걸릴 것으로 예상됐다.정밀도는 측정된 요소에 따라 달라집니다.U, Th, K의 경우 정밀도는 7~15%, Fe 45%, Ti 20%, KREEP의 전체 분포는 15~30%이다.붕산 플라스틱 실드는 고속 중성자 검출에 사용되었다.GRS는 약 100km(62mi)의 고도에서 150km(93mi)[11]의 표면 분해능으로 전 지구적 커버리지를 달성하도록 설계되었다.

그 기구는 달 전체에 걸쳐 다양한 중요한 요소들의 분포를 지도화했다.예를 들어, 달 탐사선 GRS는 철 농도가 [12]높은 여러 지역을 식별했습니다.

달의 토륨 농도, 달 탐사가 지도한 대로

GRS 실험의 기본적인 목적은 달 표면의 원소 함량 지도를 제공하는 것이었다.GRS는 다음에 의해 방출되는 감마선의 스펙트럼을 기록하도록 설계되었다.

  1. 달의 지각에 포함된 원소의 방사성 붕괴
  2. 우주선과 태양풍 입자에 의해 폭격된 지각의 요소들

GRS가 검출할 수 있는 가장 중요한 원소는 감마선을 자연적으로 발생시키는 방사성 원소인 우라늄(U), 토륨(Th), 칼륨(K), 우주선이나 바람 입자에 맞으면 감마선을 방출하는 철(Fe), 티타늄(Ti), 산소(O), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)이었다.특히 우라늄, 토륨, 칼륨은 KREP(칼륨, 희토류 원소, 인을 포함한 물질로 지각과 상부 맨틀의 형성에 늦게 발달하여 달의 진화를 이해하는 데 중요하다)의 위치를 지도화하는 데 사용되었다.GRS는 또한 달에 있는 물을 찾는 과정에서 중성자 분광계를 보완하는 빠른 (에퍼멀) 중성자를 검출할 수 있었다.

중성자 분광계(NS)

달 탐사선 중성자 분광계(NS) 데이터를 바탕으로, 임무 과학자들은 달의 [13]극지 분화구에서 약 30억 톤(8,000억 미국 갤런)의 달 얼음에 대한 충분한 증거가 있다는 것을 알아냈습니다.

중성자 분광계는 세 개의 방사형 달 탐침 중 하나의 끝에 알파 입자 분광계와 같은 위치에 있는 좁은 실린더였다.계측기의 표면 분해능은 150km(93mi)였습니다.중성자 분광계는 각각 헬륨-3와 에너지 카운터가 들어 있는 두 개의 캐니스터로 구성되었다.헬륨 원자와 충돌하는 모든 열 중성자는 감지 및 계수할 수 있는 에너지 신호를 제공합니다.한 통은 카드뮴으로, 한 통은 주석으로 싸여 있었다.카드뮴은 열(저에너지 또는 느리게 움직이는) 중성자를 걸러내는 반면, 주석에는 걸러지지 않습니다.열중성자는 수소 원자와의 충돌로 에너지의 많은 부분을 잃은 우주선 생성 중성자이다.두 개의 캐니스터 사이의 계수 차이는 검출된 열 중성자의 수를 나타내며, 이는 다시 특정 위치에 있는 달의 지각에 있는 수소의 양을 나타냅니다.많은 양의 수소는 물의 존재로 인해 발생할 수 있다.

NS는 달에 존재하는 것으로 추정되는 미세한 양의 물 얼음을 감지하도록 설계되었다.0.01% 미만의 수준에서 물 얼음을 검출할 수 있었다.극지방 얼음 연구의 경우 NS는 극지방에서 위도 80도까지 수소 부피 기준 최소 10ppm의 감도로 조사할 예정이었다.주입된 수소 연구의 경우 NS는 50ppmv의 민감도로 지구 전체를 조사하려고 했다.달에는 극지 근처에 -190°C(-310.0°F)의 연속 온도를 가진 영구적인 그림자가 드리워진 크레이터가 많이 있습니다.이 크레이터들은 다가오는 혜성과 유성체의 차가운 물줄기 역할을 할 수 있다.이러한 분화구로 유입된 몸에서 나온 물은 영구히 동결될 수 있다.NS는 또한 태양풍에 의해 주입된 수소의 풍부함을 측정하는 데 사용되었다.

알파 입자 분석계(APS)

알파 입자 분광계(APS)는 세 개의 반경 2.5m(8피트 2인치) 달 탐사선 과학 붐 중 끝에 있는 중성자 분광계와 약 18cm(7.1인치) 같은 위치에 있는 입방체였다.큐브의 6개 면 중 5개에 배치된 금과 알루미늄 디스크 사이에 실리콘 검출기 10개가 끼워져 있었다.라돈과 폴로늄의 붕괴로 생성된 알파 입자는 실리콘 웨이퍼에 충돌할 때 전하의 흔적을 남긴다.실리콘에 고전압을 인가하고 그 전류를 선로를 따라 알루미늄 디스크에 흘려보내 증폭시켜 식별한다.APS는 표면 분해능 150km(93mi)와 정밀도 10%의 가스 방출 이벤트와 폴로늄 분포를 전 세계적으로 조사하기 위해 고안되었습니다.

APS는 달 표면에서 발생하는 라돈 방출 사건을 감지하기 위해 고안되었다.APS는 라돈 가스와 그 부산물인 폴로늄의 방사성 붕괴에 대한 알파 입자 신호를 기록했다.라돈, 질소 및 이산화탄소가 배출되는 이러한 추정 가스 방출 사건은 약한 달 대기의 근원으로 가정되며, 달에서의 낮은 수준의 화산/텍톤 활동의 결과일 수 있다.이러한 사건의 존재, 시기, 그리고 근원에 대한 정보는 달 구조론의 스타일과 속도를 결정하는 데 도움이 될 수 있다.

APS는 발사 중에 손상되어 5개의 검출면 중 하나를 파괴했다.게다가, 임무 중 최고조에 달한 흑점 활동으로 인해, 달 데이터는 태양 간섭에 의해 가려졌다.그 정보는 결국 태양 활동의 영향을 제거함으로써 회복되었다.

도플러 중력 실험(DGE)

달 시굴관 데이터에서 구한 구면 고조파 계수에 기초한 달 중력장 시각화.사진의 왼쪽은 중력장의 불확실성이 증가하는 달의 뒷면을 보여준다.

도플러 중력 실험 (DGE)은 달 중력장의 첫 극지방, 저고도 지도였다.클레멘타인 우주선은 이전에 비교적 낮은 해상도의 지도를 제작했지만, DGE는 "최초의 실제 작동 가능한 달의 중력 지도"[14]라는 상세 데이터를 약 5배 더 얻었다.이것의 실질적인 이점은 보다 안정적인 장기 궤도와 더 나은 연비입니다.또한, DGE 데이터는 연구자들이 달의 기원과 달의 핵의 본질에 대해 더 많이 알 수 있도록 도와줄 것으로 기대된다.DGE는 세 개의 새로운 근측 질량 집중 영역을 식별했다.

달 탐사선 DGE의 목적은 달의 표면과 내부 질량 분포에 대해 배우는 것이었다.이것은 지구에 도달하는 S-밴드 추적 신호의 도플러 변화를 측정함으로써 이루어지는데, 이것은 우주선 가속으로 변환될 수 있다.가속은 달 중력장의 추정치를 제공하기 위해 처리될 수 있으며, 여기서 우주선 궤도에 영향을 미치는 질량 이상 징후의 위치와 크기를 모델링할 수 있다.표면과 내부 질량 분포의 추정치는 달의 지각, 암석권, 내부 구조에 대한 정보를 제공한다.

이 실험은 저극 궤도에서 최초의 달 중력 데이터를 제공했다.이 실험에는 가시선 추적이 필요했기 때문에, 이 도플러 방법을 사용하여 근측 중력장만을 추정할 수 있었다.이 실험은 우주선 S 밴드 추적의 부산물이었기 때문에 중량이나 전력 요구 사항은 기재되어 있지 않습니다.실험은 표면 분해능이 200km(120mi)이고 정밀도가 5mGal(0.05mm/s²)인 근측 중력장을 도(道)와 차수 60으로 제공하도록 설계되었다.우주선이 고도 50km(31mi)의 궤도로 내려간 뒤 10km(6.2mi)까지 내려오는 연장 임무에서는 해상도가 100배 이상 향상될 것으로 기대됐다.

다운링크 텔레메트리 신호는 ±1MHz 대역폭을 통해 5W의 공칭 전력 및 7W의 피크 전력에서 우측 원편파 신호로 전송되었습니다.명령어 업링크는 ±1MHz 대역폭을 통해 2093.0542MHz로 전송되었습니다.트랜스폰더는 표준 Loral/Conic S-Band 트랜스폰더였습니다.업링크 및 다운링크에는 전방향성 안테나를 사용할 수 있으며, 중게인 헬릭스 안테나를 사용할 수 있습니다(다운링크만).우주선이 스핀 안정화되었기 때문에, 전방향 안테나의 경우 0.417Hz(27.3mm/s), 중방향 게인 안테나의 경우 -0.0172Hz(-1.12mm/s)의 지구 스테이션에 대해 회전하는 우주선 안테나 패턴으로 인해 스핀은 도플러 신호의 편향을 초래했다.LOS 데이터는 약 5초의 우주선 회전 속도를 설명하기 위해 5초에 표본 추출되었으며, 0.1 mm/s 미만의 잔류물을 남겼다.

수집된 상세 데이터는 낮은 달 궤도의 경우 안정적이거나 "동결된 궤도"가 27°, 50°, 76°, 86°[15] 부근에 있다는 것을 보여준다.

전자 반사계 및 자기계(MAG/ER)

자기계와 전자반사계(일괄적으로 MAG/ER)는 달에서 지구 자기권과 극명한 대조를 이루는 비정상적인 표면 자기장을 감지했다.달의 전체 자기장은 태양풍을 비껴가기엔 너무 약하지만, MAG/ER는 그렇게 할 수 있는 작은 표면 이상을 발견했다.따라서 직경이 약 100km(62mi)인 이 변칙은 "태양계에서 알려진 가장 작은 자기권, 자기 피복 및 활 충격 시스템"[16]이라고 불립니다.이것과 달 표면의 다른 자기적 특성 때문에, 태양풍에 의해 퇴적된 수소는 불균일하게 분포되어 있으며, 자기적 특징의 주변부에 더 밀도가 높다.수소 밀도는 가상의 달 기지에 바람직한 특성이기 때문에, 이 정보는 가능한 장기 달 임무를 위한 최적의 장소를 선택하는 데 유용할 수 있다.

전자반사계(ER)와 자력계(MAG)는 달의 자기장에 대한 정보를 수집하도록 설계되었다.달에는 지구 자기장이 없지만 표면에 약한 국소 자기장이 있다.이것들은 이전의 지구 자기장의 고자기 잔존물일 수도 있고, 운석 충돌이나 다른 국지적 현상에 의한 것일 수도 있다.이 실험은 이 들판을 지도화하고 그 기원에 대한 정보를 제공하고, 달 표면의 광물 분포에 대한 가능한 조사를 가능하게 하며, 달 핵의 크기와 구성을 결정하는 데 도움을 주고, 달 유도 자기 쌍극자에 대한 정보를 제공하기 위한 것이었다.

ER은 에너지 스펙트럼과 전자의 방향에서 자기장의 위치와 강도를 결정하였습니다.이 장비는 달 자기장에 의해 달에서 반사된 태양풍 전자의 피치 각도를 측정했다.국소 자기장이 강할수록 피치 각도가 큰 전자를 반사할 수 있습니다.0.01nT의 작은 자기장 강도는 달 표면에서 약 3km(1.9mi)의 공간 정밀도로 측정할 수 있었다.MAG는 Mars Global Surveyor에 사용된 계측기와 설계가 유사한 3축 플럭스게이트 자력계였습니다.주변 플라즈마 교란이 최소일 때 약 100km(62mi)의 공간 분해능으로 우주선 고도에서 자기장 진폭과 방향을 측정할 수 있다.

ER과 전자제품 패키지는 루나 프로스펙터의 세 개의 방사형 과학 붐 중 하나에 위치해 있었다.MAG는 우주선 발생 자기장으로부터 분리하기 위해 달 탐사선으로부터 2.6m(8피트 6인치) 떨어진 0.8m(2피트 7인치)의 붐을 타고 더 확장되었다.ER 및 MAG 계측기의 총 질량은 5kg(11lb)이며 4.5와트의 전력을 사용했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크