Lunar Prospector -Lunar Prospector
 Prospector Lunar
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| Tipo de missão | Orbitador lunar |
|---|---|
| Operador | NASA |
| COSPAR ID | 1998-001A |
| SATCAT nº | 25131 |
| Duração da missão | 570 dias |
| Propriedades da espaçonave | |
| Ônibus | LM-100 |
| Fabricante | Lockheed Martin |
| Massa de lançamento | 295 quilogramas (650 lb) |
| Massa seca | 126 quilogramas (278 lb) |
| Poder | 202,0 W |
| Início da missão | |
| Data de lançamento | 7 de janeiro de 1998, 02:28:44 UTC |
| Foguete | Atena II |
| Local de lançamento | Cabo Canaveral SLC-46 |
| Contratante | Lockheed Martin Space Systems |
| Fim da missão | |
| Data de decadência | 31 de julho de 1999, 09:52:02 UTC |
| Parâmetros orbitais | |
| Sistema de referência | Selenocêntrico |
| Excentricidade | 0,00046 |
| Altitude Periselene | 99,45 quilômetros (61,80 mi) |
| Altitude Aposelene | 101,2 quilômetros (62,9 mi) |
| Inclinação | 90,55 graus |
| Período | 117,9 minutos |
| Época | 16 de janeiro de 1998 |
| Orbitador lunar | |
| Inserção orbital | 11 de janeiro de 1998, 10:28 UTC |
| Site de impacto | 87 ° 42′S 42 ° 06′E / 87,7 ° S 42,1 ° E |
| Órbitas | ~ 7060 |
| Instrumentos | |
| Espectrômetro de raios gama (GRS) Espectrômetro de nêutrons Lunar Prospector (NS) Espectrômetro de partículas alfa (APS) Experimento de gravidade Doppler (DGE) Magnetômetro (MAG) Refletômetro de elétrons (ER) | |
 Insígnia oficial da missão Lunar Prospector | |
Lunar Prospector foi a terceira missão selecionada pela NASA para desenvolvimento e construção completos como parte do Programa de Descoberta . A um custo de $ 62,8 milhões, a missão de 19 meses foi projetada para umainvestigação da órbita polar baixa da Lua , incluindo o mapeamento da composição da superfície, incluindo depósitos de gelo polar , medições decampos magnéticos e gravitacionais e estudo de eventos de liberação de gases lunares. A missão terminou em 31 de julho de 1999, quando o orbitador colidiu deliberadamente com uma cratera perto do pólo sul lunar, depois que a presença de gelo de água foi detectada com sucesso.
Os dados da missão permitiram a construção de um mapa detalhado da composição da superfície da Lua e ajudaram a melhorar a compreensão da origem, evolução, estado atual e recursos da Lua. Vários artigos sobre os resultados científicos foram publicados na revista Science .
Lunar Prospector foi administrado pelo Centro de Pesquisa Ames da NASA com o contratante principal Lockheed Martin . O investigador principal da missão foi Alan Binder . Seu relato pessoal da missão, Lunar Prospector: Against all Odds , é altamente crítico da burocracia da NASA em geral e de seus contratados.
Em 2013, um objeto não identificado foi descoberto em uma órbita instável ao redor da Terra, e recebeu o número provisório WT1190F . Depois que caiu no Oceano Índico, foi identificado como provavelmente o injetor translunar do Lunar Prospector.
Nave espacial e subsistemas
A espaçonave era um tambor de grafite-epóxi, com 1,36 m (4 pés 6 pol.) De diâmetro e 1,28 m (4 pés 2 pol.) De altura com três braços de instrumentos radiais de 2,5 m (8 pés 2 pol.). Uma lança de extensão de 1,1 m (3 pés 7 pol.) Na extremidade de uma das lanças de 2,5 m segurava o magnetômetro. A massa inicial total (totalmente abastecido) era de 296 kg (653 lb). Ele foi estabilizado por spin (taxa de spin nominal de 12 rpm) com seu eixo de rotação normal ao plano da eclíptica. A espaçonave era controlada por seis propulsores monopropelentes de hidrazina de 22 newton (dois à popa, dois à frente e dois tangenciais). Três tanques de combustível montados dentro do tambor continham 138 kg (304 lb) de hidrazina pressurizada por hélio. O sistema de energia consistia em células solares montadas no corpo que produziam uma média de 186 W e uma bateria NiCd recarregável de 4,8 A · h .
As comunicações eram feitas por meio de dois transponders de banda S , uma antena de ganho médio de phased array para downlink e uma antena omnidirecional de baixo ganho para downlink e uplink. O computador de bordo era um Harris 80C86 com 64 kilobytes de EEPROM e 64 kilobytes de RAM estática . Todo o controle era do solo, o computador ecoando cada comando para o solo para verificação lá. Depois que o comando foi verificado no solo, um comando "execute" no solo instruiu o computador a prosseguir com a execução do comando. O computador construiu dados de telemetria como uma combinação de dados imediatos e também lidos de um buffer de fila circular, o que permitiu ao computador repetir os dados lidos 53 minutos antes. Esse gravador de estado sólido simples garantiu que todos os dados coletados durante os períodos de blecaute de comunicação fossem recebidos, desde que o blecaute não durasse mais do que 53 minutos.
A sonda também carregou uma pequena quantidade dos restos mortais de Eugene Shoemaker (28 de abril de 1928 - 18 de julho de 1997), astrônomo e co-descobridor do Cometa Shoemaker-Levy 9 , para a Lua para um enterro no espaço .
Perfil da missão
Lunar Prospector · Lua
Após o lançamento em 7 de janeiro de 1998 UT (6 de janeiro EST) a bordo de um foguete Athena II de quatro estágios , o Lunar Prospector fez um cruzeiro de 105 horas até a lua. Durante o cruzeiro, os três booms de instrumentos foram acionados. O MAG e APS coletaram dados de calibração, enquanto o GRS, NS e ER liberaram gás por um dia, após o qual também coletaram dados de calibração no espaço cislunar . A nave foi inserida em uma órbita de captura de período de 11,6 horas em torno da Lua no final da fase de cruzeiro. Após 24 horas, o Lunar Prospector foi inserido em uma órbita intermediária de período de 3,5 horas, seguido 24 horas depois (em 13 de janeiro de 1998) pela transferência para uma órbita de mapeamento preliminar de 92 km × 153 km (57 mi × 95 mi), e então em 16 de janeiro pela inserção na órbita quase circular de mapeamento polar lunar de altitude de 100 km (62 mi) com uma inclinação de 90 graus e um período de 118 minutos. Os dados de calibração lunar foram coletados durante as órbitas de 11,6 e 3,5 horas. A coleta de dados de mapeamento lunar começou logo depois que a órbita de 118 minutos foi alcançada. A coleta de dados era interrompida periodicamente durante a missão conforme planejado para queimadas de manutenção orbital, que ocorriam para recircularizar a órbita sempre que o periselênio ou aposeleno estivesse a mais de 20 km (12 mi) a 25 km (16 mi) da órbita nominal de 100 km ; isso ocorria cerca de uma vez por mês. Em 19 de dezembro de 1998, uma manobra baixou a órbita para 40 km (25 mi) para realizar estudos de alta resolução. A órbita foi alterada novamente em 28 de janeiro para uma órbita de 15 km × 45 km (9,3 mi × 28,0 mi), encerrando a missão principal de um ano e começando a missão estendida.
A missão terminou em 31 de julho de 1999 às 9:52:02 UT (5:52:02 EDT) quando Lunar Prospector foi conduzido para uma colisão deliberada em uma área permanentemente sombreada da cratera Shoemaker perto do pólo sul lunar. Esperava-se que o impacto liberasse vapor de água dos suspeitos depósitos de gelo na cratera e que a pluma fosse detectável da Terra; entretanto, nenhuma tal pluma foi observada.
A missão Lunar Prospector foi a terceira missão selecionada pela NASA para pleno desenvolvimento e lançamento como parte do Programa de Descoberta da NASA. O custo total da missão foi de $ 63 milhões, incluindo desenvolvimento ($ 34 milhões), veículo de lançamento (~ $ 25 milhões) e operações (~ $ 4 milhões).
Instrumentos
A espaçonave carregava seis instrumentos: um espectrômetro de raios gama , um espectrômetro de nêutrons , um magnetômetro , um refletômetro de elétrons , um espectrômetro de partículas alfa e um experimento de gravidade Doppler. Os instrumentos eram omnidirecionais e não exigiam sequenciamento. A sequência normal de observação era registrar e fazer downlink dos dados continuamente.
Espectrômetro de raios gama (GRS)
O Lunar Prospector Gamma Ray Spectrometer (GRS) produziu as primeiras medições globais de espectros de raios gama da superfície lunar, a partir do qual são derivadas as primeiras medições "diretas" da composição química de toda a superfície lunar.
O GRS era um pequeno cilindro montado na extremidade de uma das três lanças radiais de 2,5 m (8 pés 2 pol.) Que se estendiam do Lunar Prospector . Consistia em um cristal germanato de bismuto rodeado por um escudo de plástico borado. Os raios gama atingindo os átomos de bismuto produziram um flash de luz com uma intensidade proporcional à energia do raio gama que foi registrada pelos detectores. A energia do raio gama está associada ao elemento responsável por sua emissão. Devido à baixa relação sinal-ruído, várias passagens foram necessárias para gerar resultados estatisticamente significativos. Com nove passagens por mês, esperava-se que levasse cerca de três meses para estimar com segurança as abundâncias de tório, potássio e urânio e 12 meses para os outros elementos. A precisão varia de acordo com o elemento medido. Para U, Th e K, a precisão é de 7% a 15%, para Fe 45%, para Ti 20% e para a distribuição geral de KREEP de 15% a 30%. O escudo de plástico boratado foi usado na detecção de nêutrons rápidos. O GRS foi projetado para alcançar cobertura global de uma altitude de aproximadamente 100 km (62 mi) e com uma resolução de superfície de 150 km (93 mi).
O instrumento mapeou a distribuição de vários elementos importantes na lua. Por exemplo, o Lunar Prospector GRS identificou várias regiões com altas concentrações de ferro.
O objetivo fundamental do experimento GRS era fornecer mapas globais de abundâncias elementares na superfície lunar. O GRS foi projetado para registrar o espectro de raios gama emitidos por:
- a decadência radioativa de elementos contidos na crosta lunar; e
- elementos na crosta bombardeados por raios cósmicos e partículas do vento solar.
Os elementos mais importantes detectáveis pelo GRS foram urânio (U), tório (Th) e potássio (K), elementos radioativos que geram raios gama espontaneamente, e ferro (Fe), titânio (Ti), oxigênio (O), silício (Si), alumínio (Al), magnésio (Mg) e cálcio (Ca), elementos que emitem raios gama quando atingidos por raios cósmicos ou partículas do vento solar. O urânio, tório e potássio, em particular, foram usados para mapear a localização de KREEP (potássio, elemento de terra rara e material contendo fósforo, que se acredita ter se desenvolvido tarde na formação da crosta e do manto superior, e é, portanto, importante para compreender a evolução lunar). O GRS também foi capaz de detectar nêutrons rápidos (epitérmicos), o que complementou o espectrômetro de nêutrons na busca por água na lua.
Espectrômetro de nêutrons (NS)
Com base nos dados do Lunar Prospector Neutron Spectrometer (NS), os cientistas da missão determinaram que há evidências suficientes de gelo de água lunar nas crateras polares da Lua, cerca de 3 bilhões de toneladas (800 bilhões de galões americanos).
O espectrômetro de nêutrons era um cilindro estreito colocado com o Espectrômetro de Partículas Alfa no final de um dos três booms científicos do Prospector Lunar radial . O instrumento tinha uma resolução de superfície de 150 km (93 mi). O espectrômetro de nêutrons consistia em dois recipientes, cada um contendo hélio-3 e um contador de energia. Quaisquer nêutrons térmicos que colidam com os átomos de hélio fornecem uma assinatura de energia que pode ser detectada e contada. Uma das latas estava embrulhada em cádmio e a outra em lata . O cádmio filtra nêutrons térmicos (de baixa energia ou de movimento lento), enquanto o estanho não. Nêutrons térmicos são nêutrons gerados por raios cósmicos que perderam muito de sua energia em colisões com átomos de hidrogênio. As diferenças nas contagens entre os dois recipientes indicam o número de nêutrons térmicos detectados, que por sua vez indica a quantidade de hidrogênio na crosta lunar em um determinado local. Grandes quantidades de hidrogênio provavelmente seriam devido à presença de água.
O NS foi projetado para detectar pequenas quantidades de gelo de água que se acreditava existir na lua. Ele foi capaz de detectar gelo de água em um nível inferior a 0,01%. Para os estudos de gelo polar, o NS foi programado para examinar os pólos a 80 graus de latitude, com uma sensibilidade de pelo menos 10 ppm por volume de hidrogênio. Para os estudos de hidrogênio implantado, o NS foi projetado para examinar o globo inteiro com uma sensibilidade de 50 ppmv. A Lua tem várias crateras permanentemente sombreadas perto dos pólos com temperaturas contínuas de −190 ° C (−310,0 ° F). Essas crateras podem atuar como armadilhas frias de água de cometas e meteoróides que se aproximam. Qualquer água desses corpos que encontrasse seu caminho para essas crateras poderia ficar permanentemente congelada. O NS também foi usado para medir a abundância de hidrogênio implantado pelo vento solar .
O espectrômetro de partículas alfa (APS)
O Espectrômetro de Partículas Alfa (APS) era um cubo de aproximadamente 18 cm (7,1 pol.) Colocado com o espectrômetro de nêutrons na extremidade de um dos três booms científicos Lunar Prospector radiais de 2,5 m (8 pés 2 pol.) . Continha dez detectores de silício ensanduichados entre discos de ouro e alumínio dispostos em cinco dos seis lados do cubo. Partículas alfa, produzidas pela decomposição do radônio e do polônio, deixam rastros de carga nas pastilhas de silício quando impactam o silício. Uma alta tensão é aplicada ao silício, e a corrente é amplificada sendo canalizada ao longo das trilhas para o disco de alumínio e é registrada para identificação. O APS foi projetado para fazer um exame global dos eventos de liberação de gás e distribuição de polônio com uma resolução de superfície de 150 km (93 mi) e uma precisão de 10%.
O APS foi projetado para detectar eventos de liberação de radônio na superfície da lua. O APS registrou assinaturas de partículas alfa de decaimento radioativo do gás radônio e seu subproduto, o polônio . Esses eventos de liberação de gases putativos, nos quais rádon, nitrogênio e dióxido de carbono são liberados, são hipotetizados como a fonte da tênue atmosfera lunar e podem ser o resultado da atividade vulcânica / tectônica de baixo nível na Lua. Informações sobre a existência, tempo e fontes desses eventos podem ajudar na determinação do estilo e da taxa da tectônica lunar.
O APS foi danificado durante o lançamento, arruinando uma das cinco faces de detecção. Além disso, devido ao pico de atividade das manchas solares durante a missão, os dados lunares foram obscurecidos pela interferência solar. A informação foi eventualmente recuperada subtraindo os efeitos da atividade solar.
Experimento de Gravidade Doppler (DGE)
O Doppler Gravity Experiment (DGE) foi o primeiro mapeamento polar, em baixa altitude, do campo gravitacional lunar. A missão Clementine já havia produzido um mapa de resolução relativamente baixa, mas o Prospector DGE obteve dados aproximadamente cinco vezes mais detalhados: o "primeiro mapa gravitacional verdadeiramente operacional da Lua". Os benefícios práticos disso são órbitas de longo prazo mais estáveis e melhor eficiência de combustível. Além disso, espera-se que os dados do DGE ajudem os pesquisadores a aprender mais sobre as origens lunares e a natureza do núcleo lunar. O DGE identificou três novas regiões de concentração de massa do lado próximo .
O objetivo do Lunar Prospector DGE era aprender sobre a superfície e a distribuição de massa interna da lua. Isso é feito medindo-se o deslocamento Doppler no sinal de rastreamento da banda S conforme ele atinge a Terra, que pode ser convertido em acelerações de espaçonaves. As acelerações podem ser processadas para fornecer estimativas do campo de gravidade lunar, a partir do qual a localização e o tamanho das anomalias de massa que afetam a órbita da espaçonave podem ser modelados. As estimativas da distribuição da superfície e da massa interna fornecem informações sobre a crosta, a litosfera e a estrutura interna da Lua .
Este experimento forneceu os primeiros dados de gravidade lunar de uma órbita polar baixa. Como o rastreamento da linha de visão era necessário para este experimento, apenas o campo gravimétrico próximo ao lado poderia ser estimado usando este método Doppler. O experimento foi um subproduto do rastreamento da banda S da espaçonave e, portanto, não tem requisitos de peso ou potência listados. O experimento foi projetado para fornecer o campo de gravidade do lado próximo com uma resolução de superfície de 200 km (120 mi) e precisão de 5 mGal (0,05 mm / s²) na forma de coeficientes harmônicos esféricos de grau e ordem 60. Na extensão missão, na qual a espaçonave desceu para uma órbita com uma altitude de 50 km (31 mi) e depois para 10 km (6,2 mi), esperava-se que essa resolução melhorasse por um fator de 100 ou mais.
O sinal de telemetria de downlink foi transmitido a 2.273 MHz, ao longo de uma largura de banda de ± 1 MHz como um sinal polarizado circularmente à direita a uma potência nominal de 5 W e potência de pico de 7 W. Os uplinks de comando foram enviados a 2.093,0542 MHz a ± 1 MHz largura de banda. O transponder era um transponder padrão Loral / Conic S-Band. Uma antena omnidirecional pode ser usada para uplink e downlink, ou uma antena em hélice de ganho médio pode ser usada (somente downlink). Uma vez que a espaçonave foi estabilizada por spin, o spin resultou em um viés no sinal Doppler devido ao padrão de antena da espaçonave girando em relação à estação terrestre de 0,417 Hz (27,3 mm / s) para a antena omnidirecional e -0,0172 Hz ( -1,12 mm / s) para a antena de ganho médio. Os dados de LOS foram amostrados em 5 segundos para contabilizar a taxa de rotação de aproximadamente 5 segundos da espaçonave, deixando um resíduo de menos de 0,1 mm / s.
Os dados detalhados coletados mostraram que para a órbita lunar baixa as únicas órbitas estáveis ou " órbitas congeladas " estão em inclinações próximas a 27º, 50º, 76º e 86º.
Reflectômetro de elétrons e magnetômetro (MAG / ER)
O magnetômetro e o refletômetro de elétrons (coletivamente, MAG / ER) detectaram campos magnéticos de superfície anômalos na Lua, que estão em forte contraste com uma magnetosfera global (que falta à Lua). o campo magnético geral da Lua é muito fraco para desviar o vento solar , mas o MAG / ER descobriu uma pequena anomalia na superfície que pode fazer isso. Essa anomalia, com cerca de 100 km (62 mi) de diâmetro, tem sido chamada de "a menor magnetosfera, bainha de magnetosh e sistema de choque em arco conhecido no Sistema Solar". Devido a essa e outras características magnéticas da superfície da Lua, o hidrogênio depositado pelo vento solar é distribuído de maneira não uniforme, sendo mais denso na periferia das características magnéticas. Visto que a densidade do hidrogênio é uma característica desejável para bases lunares hipotéticas, esta informação pode ser útil na escolha de locais ideais para possíveis missões lunares de longo prazo.
O refletômetro de elétrons (ER) e o magnetômetro (MAG) foram projetados para coletar informações sobre os campos magnéticos lunares . a Lua não tem campo magnético global, mas possui campos magnéticos fracos localizados em sua superfície. Estes podem ser remanescentes paleomagnéticos de um antigo campo magnético global, ou podem ser devido a impactos de meteoros ou outros fenômenos locais. Este experimento foi para ajudar a mapear esses campos e fornecer informações sobre suas origens, permitir o possível exame da distribuição de minerais na superfície lunar, ajudar na determinação do tamanho e composição do núcleo lunar e fornecer informações sobre o dipolo magnético induzido pela lua .
O ER determinou a localização e força dos campos magnéticos do espectro de energia e direção dos elétrons . O instrumento mediu os ângulos de inclinação dos elétrons do vento solar refletidos da Lua por campos magnéticos lunares. Campos magnéticos locais mais fortes podem refletir elétrons com ângulos de pitch maiores. Intensidades de campo tão pequenas quanto 0,01 nT podem ser medidas com uma precisão espacial de cerca de 3 km (1,9 mi) na superfície lunar. O MAG era um magnetômetro fluxgate triaxial semelhante em design ao instrumento usado no Mars Global Surveyor . Ele poderia medir a amplitude e a direção do campo magnético na altitude da espaçonave com uma resolução espacial de cerca de 100 km (62 mi), quando as perturbações do plasma ambiente são mínimas.
O ER e o pacote eletrônico estavam localizados no final de um dos três booms radiais de ciência no Lunar Prospector . O MAG foi, por sua vez, estendido ainda mais em uma lança de 0,8 m (2 pés 7 pol.) - uma combinação de 2,6 m (8 pés 6 pol.) Do Lunar Prospector para isolá-lo dos campos magnéticos gerados pela espaçonave. Os instrumentos ER e MAG tinham uma massa combinada de 5 kg (11 lb) e usavam 4,5 watts de potência.
Veja também
- Recursos lunares
- Luna-Glob , um programa de pouso russo atual
- Prospector (nave espacial)
- Resource Prospector (rover)
- Lista de objetos artificiais na Lua
Referências
links externos
- " Site do Lunar Prospector " . NASA. Arquivado do original em 09/01/1998 . Página visitada em 2006-04-24 .
- "Resultados GRS" . Site do Lunar Prospector . NASA. Arquivado do original em 11/02/2006 . Página visitada em 2006-04-24 .
- "Resultados do espectrômetro de partículas alfa" . Site do Lunar Prospector . NASA. Arquivado do original em 26/12/2005 . Página visitada em 2006-04-24 .
- "Resultados MAG / ER" . Site do Lunar Prospector . NASA. Arquivado do original em 27/05/2010 . Página visitada em 2006-04-24 .
- "Resultados do espectrômetro de nêutrons" . Site do Lunar Prospector . NASA. Arquivado do original em 31/05/2008 . Página visitada em 2006-04-24 .
- "Resultados de DGE" . Site do Lunar Prospector . NASA. Arquivado do original em 12/07/2008 . Página visitada em 2006-04-24 .
- "Eureka! Gelo encontrado nos pólos lunares" . Site do Lunar Prospector . NASA. Arquivado do original em 09/12/2006 . Página visitada em 2006-04-24 .
- Lunar Prospector Mission Profile pela NASA's Solar System Exploration
- Isbell, Douglas; Morse, David; Rische, Becky (13/10/1999). "Comunicado de imprensa sobre o impacto do Lunar Prospector " . NASA. Arquivado do original (txt) em 13/12/2015 . Página visitada em 2006-04-24 .
- Explorando a Lua: Missão do Prospetor Lunar