ТАКЖЕ
ALSE (Эксперимент с лунным зондом «Аполлон») (также известный как «Научный эксперимент S-209», согласно обозначениям НАСА) представлял собой эксперимент с георадаром (подземным зондом), который проводился в рамках миссии «Аполлон-17» .
Миссия и наука
[ редактировать ]В этом эксперименте использовался радар для изучения . поверхности и недр Луны Радарные волны с длинами волн от 2 до 60 метров (частоты 5, 15 и 150 МГц) передавались через ряд антенн, расположенных рядом с задней частью служебного модуля Аполлона . После того как волны были отражены Луной, они были приняты теми же антеннами и записаны на пленку для анализа на Земле. Основная цель этого эксперимента заключалась в том, чтобы «заглянуть» в верхние 2 километра лунной коры, что в некоторой степени аналогично использованию сейсмических волн для изучения внутренней структуры Луны. Это стало возможным, потому что использовались очень длинные волны радара и потому, что Луна очень сухая, что позволило радиолокационным волнам проникать в Луну гораздо глубже, чем было бы возможно, если бы в лунных породах присутствовала вода. (Радарный эксперимент на космическом корабле «Шаттл» аналогичным образом использовался для картирования долин древних рек под пустыней Сахара .) Этот эксперимент также предоставил очень точную информацию о топографии Луны. Помимо изучения Луны, в ходе эксперимента также измерялись радиоизлучения от Луны. Млечный Путь Галактика .
Этот эксперимент выявил структуры под поверхностью в Море Кризиса , Море Безмятежности , Океане Штормов и многих других областях. [1] В морских районах слои наблюдались в нескольких различных частях бассейнов и поэтому считаются широко распространенными образованиями. Судя по свойствам отраженных радиолокационных волн, предполагается, что эти структуры располагаются слоями внутри базальта, заполняющего оба этих морских бассейна. В Mare Serenitatis слои были обнаружены на глубине 0,9 и 1,6 километра от поверхности. В Mare Crisium слой был обнаружен на глубине 1,4 километра от поверхности. Дно морских базальтов в этом эксперименте, видимо, не обнаружено. Однако в Mare Crisium результаты эксперимента с лунным зондом были объединены с другими наблюдениями, чтобы оценить общую толщину базальта от 2,4 до 3,4 километра.
Эксперимент с лунным зондом также способствовал нашему пониманию морщинистых гребней на Луне. Эти длинные низкие гребни встречаются во многих лунных морях. Большинство лунных геологов полагают, что эти хребты образовались, когда поверхность Луны была деформирована движением вдоль разломов («лунных землетрясений») в лунной коре более 3 миллиардов лет назад. Вес нескольких километров морского базальта в этих областях привел к некоторому провисанию поверхности Луны, и это движение привело к тому, что поверхность в некоторых местах прогнулась, образовав морщинистые гребни. Однако другие ученые предположили, что эти хребты представляют собой вулканические образования, образовавшиеся в результате потока магмы либо на поверхности Луны, либо внутри коры. В ходе эксперимента с лунным зондом подробно изучили несколько складчатых хребтов на юге Моря Серенитатис, предоставив информацию как о топографии этих хребтов, так и о структурах коры под этими хребтами. Эти результаты подтверждают идею о том, что морщинистые хребты образуются в основном в результате движений вдоль разломов. [2]
Конструкция прибора
[ редактировать ]Прибор ALSE работал в двух ВЧ диапазонах (5 МГц: HF1 и 15 МГц: HF2) центральных частот и одном диапазоне ОВЧ (150 МГц), каждый с шириной полосы 10% (с использованием чирпированного сигнала). В двух КВ-диапазонах использовалась одна и та же дипольная антенна 7-элементная антенна Яги с центральным питанием, а для ОВЧ-канала использовалась . Два разных приемопередатчика использовались для HF (поочередная работа между HF1 и HF2 на PRF основе ) и VHF, используя общий оптический регистратор. Одновременно работать на УКВ и ВЧ не представлялось возможным.Вся система весила 43 кг и требовала мощности 103 Вт.Электроника располагалась внутри сервисного модуля Apollo . Две половины дипольной антенны были выдвижными по обеим сторонам самого служебного модуля, в то время как Яги, используемая для УКВ, размещалась рядом с основным двигателем, а затем разворачивалась на место после запуска.
Поскольку основной целью эксперимента было картирование подповерхностных слоев, наиболее важным компромиссом при проектировании был компромисс между глубиной проникновения и разрешением: более низкие частоты проникают больше, но допускают меньшую полосу пропускания сигнала и, следовательно, худшее разрешение, которое, в свою очередь, это повлияло на способность различать подземные эхосигналы вблизи поверхности.На возможности звучания также повлияли:
- диапазона боковые лепестки сжатого чирпа : они могут маскировать слабые подземные эхо, если их не контролировать должным образом. ALSE был разработан с учетом минимального отношения пика к боковым лепесткам 45 дБ после третьего лепестка.
- возврат помех от поверхности от надира, который можно спутать с подземным эхом с той же задержкой. Чтобы уменьшить помехи вдоль пути, синтетическая апертура , что сужает эффективную зону действия антенны. при наземной обработке создается
Вместо этого помехи от рассеивателей, расположенных поперек трассы, приходилось выводить из знания топографии поверхности.
Функция автоматической регулировки усиления (АРУ) была включена во все каналы для оптимизации распределения сигнала в динамическом диапазоне приемника . Скорость обновления АРУ составляла 30 с.Как в HF, так и в VHF-трансиверах, ЛЧМ-сигнал генерировался с помощью качающегося генератора, синхронизированного со стабильным гетеродином (STALO), чтобы сохранить фазовую когерентность для обработки SAR . Принятый сигнал преобразовывался на ПЧ, а амплитуда сигнала использовалась для амплитудной модуляции ЭЛТ (развертка со скоростью ЧПИ), что, в свою очередь, производило впечатление на 70-миллиметровую пленку для оптической записи данных. Из-за высокой скорости записи, необходимой для более широкополосного ОВЧ- канала, чтобы минимизировать объем записываемых данных, на этом канале использовалась система отслеживания эха для сбора и записи только основного отраженного сигнала от поверхности и эхо-сигналов длительностью 70 мкс, следующих сразу за ним. Кроме того, на этом канале усиление приемника было увеличено через 13 мкс после прихода основного эхо-сигнала от поверхности, чтобы наилучшим образом использовать динамический диапазон при слабых отраженных сигналах от подповерхностных волн.
Поскольку записывающее устройство располагалось в служебном модуле, астронавт Рон Эванс совершил выход в открытый космос во время обратного полета с Луны (EVA) для сбора записанных пленок.
Наземный комплекс обработки позволял выполнять как полную оптическую обработку (в то время это был стандартный подход для обработки SAR ), выполняя сжатие по азимуту и/или дальности, так и оцифровку приблизительных или сжатых по азимуту данных для последующей цифровой обработки.
На этапе разработок модифицированный прототип ALSE был установлен на борту самолета KC-135 для проведения испытаний по зондированию над юго-востоком США и над Гренландией , демонстрируя возможности системы.
Основные параметры радара ALSE сведены в таблицу ниже: [3]
| Свойство | HF1 | HF2 | УКВ |
|---|---|---|---|
| Частота (МГц) | 5.266 | 15.8 | 158 |
| Расчетная глубина проникновения (м) | 1300 | 800 | 160 |
| Полоса пропускания чирпа (МГц) | 0.5333 | 1.6 | 16.0 |
| Ширина импульса (мкс) | 240 | 80 | 8.0 |
| Время (продукт пропускной способности) | 128 | 128 | 128 |
| Разрешение по дальности, свободное пространство (м) | 300 | 100 | 10 |
| Пиковая мощность передатчика (Вт) | 130 | 118 | 95 |
| Эффективное усиление антенны (дБ в одну сторону) | –0.8 | –0.7 | +7.3 |
| Коэффициент шума (дБ) | 11.4 | 11.4 | 10.0 |
| Частота повторения импульсов (Гц) | 397 | 397 | 1984 |
| Длина окна сбора данных (мкс) | 600 | 600 | 70 |
| Диапазон усиления АРУ (дБ) | 12.1 | 12.1 | 13.9 |
| Эхо-трекер | Нет | Нет | Да |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Купер, БЛ; Картер, Дж.Л.; Сапп, Калифорния (февраль 1994 г.), «Новые доказательства грабенового происхождения Oceanus Procellarum по оптическим изображениям лунного зонда», Journal of Geophysical Research: Planets , 99 (E2): 3799–3812, Бибкод : 1994JGR....99.3799C , doi : 10.1029/93JE03096 , ISSN 0148-0227
- ^ «Эксперименты Аполлона-17 — эксперимент с лунным зондом» . Лунно-планетарный институт. 2012 . Проверено 20 июня 2013 г.
- ^ Порчелло и др. - «Радарная система лунного зондирования Аполлона» - Труды IEEE , июнь 1974 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Миссия Аполлона-17 в Институте Луны и планет
