Эксперимент по тепловому потоку
 Эксперимент «Аполлон-17» с тепловым потоком на Луне | |
| Акроним | HFE |
|---|---|
| Известные эксперименты | Аполлон 13, 15, 16, 17 |
Эксперимент по тепловому потоку США — лунный научный эксперимент НАСА , целью которого было измерение скорости потери тепла с поверхности Луны . Четыре эксперимента были проведены на борту миссий «Аполлон». Два эксперимента были успешно проведены в рамках «Аполлона-15» и «Аполлона-17» . Прибор на Аполлоне-16 был развернут, но кабель от него к центральной станции ALSEP был оборван, и эксперимент оказался невозможным. проводился эксперимент с тепловым потоком, На борту «Аполлона-13» но миссия была прервана в полете, и прибор так и не достиг поверхности. [1]
Фон
[ редактировать ]Установление некоторых тепловых свойств поверхности Луны уже было осуществимо ко времени миссий Аполлона. Измерение инфракрасного излучения с помощью телескопа и измерение спектров микроволнового излучения Луны уже было возможно с поверхности Земли. [2] Эти методы уже установили некоторые характеристики поверхности Луны, включая температуру , теплопроводность и теплоемкость . [1] Степень, в которой эти свойства были ограничены низким уровнем ИК-излучения, длинными волнами, ограничивающими разрешение данных, и тем, как тепловые свойства Луны меняются с глубиной. [1]
Ни одному человеку нельзя приписать предложение измерить тепловой поток от Луны, учитывая большое количество предложений, которые НАСА запросило от академических, промышленных и научных групп самого НАСА. Некоторые из них предложили такой эксперимент. [1] Однако в результате был сформирован небольшой комитет для изучения того, как можно провести тепловые измерения Луны. [1] Комитет решил, что фокус любого теплового эксперимента должен быть сосредоточен на тепловом потоке из недр Луны. [1]
Комитет рассмотрел несколько подходов, включавших несколько проверок, а также еще один, включавший «одеяла». Первоначально метод бланкета был исключен из-за сложности сопоставления теплового альбедо зондов бланкета с тепловым альбедо поверхности Луны. [1] Метод, положенный в основу прибора, заключался в использовании цилиндрического нагревателя в паре с датчиком температуры на заданном расстоянии. [1] Дальнейшая работа этой группы установила, что зонд необходимо будет ввести в недра, чтобы избежать больших колебаний температуры, вызванных сменой дня и ночи на поверхности. [1] Корпорация Bendix была выбрана в качестве основного подрядчика по устройству, а Артур Д. Литтл был субподрядчиком. [1] Для разработки электронной схемы была выбрана компания Gulton Industries Inc. [1]
Из-за необходимости размещения зонда на глубине ниже поверхности реголита было известно, что для проникновения в поверхность Луны потребуется бур. [1] Разработкой бура руководил Мартин Мариетта , который ранее имел опыт разработки инструментов для НАСА. [1]
Инструмент
[ редактировать ]Комплект приборов состоит из двух зондов, каждый из которых состоит из двух секций длиной 50 см (20 дюймов). [3] На каждом конце секции имеется градиентный термометр, который может измерять температуру в двух точках на расстоянии 28 и 47 см (11 и 19 дюймов) от каждого конца. Таким образом, каждая секция может измерять температуру в четырех точках. [3] Кабели, соединяющие зонд с корпусом электроники эксперимента, также имеют 4 термопары на расстоянии 0, 65, 115 и 165 см (0, 26, 45 и 65 дюймов) от самого верхнего датчика градиента. [3] На каждом конце секции также имеется нагреватель, позволяющий измерять проводимость материала. [3] Каждый нагреватель имел две настройки мощности: 0,002 Вт и 0,5 Вт, что позволяло исследовать диапазон возможных значений проводимости материалов. [3] Показания в ходе эксперимента снимались либо каждые 7,1 минуты, либо каждые 54 секунды в зависимости от режима нагревателя. [3] Секции зонда были размещены с помощью бура Lunar Surface, в идеале на глубину 3 м (10 футов) от поверхности. [3]
Миссии
[ редактировать ]Аполлон-13
[ редактировать ]Первоначально эксперимент с тепловым потоком планировалось провести на Аполлоне-13, но из-за отмены этой миссии этого не произошло. Этот инструмент сгорел в атмосфере Земли еще на борту лунного модуля. [1] Не было достаточно времени, чтобы добавить HFE к Аполлону-14. [1]
провал Аполлона-13 По мнению его главного исследователя, оказал влияние на коллекцию научных данных. Было обнаружено, что на запланированной площадке посадки Аполлона имеется значительное количество долгоживущих радиоизотопов. Главный исследователь проекта считал, что если бы была предпринята попытка развертывания инструментов «Аполлона-13», это привело бы к более эффективному смягчению последствий в последующих миссиях проблем, возникших с буром и компактным реголитом. [1]
Аполлон-15
[ редактировать ]Бурением скважин на «Аполлоне-15» занимался Дэвид Скотт , командир миссии. После бурения на 100 см (39 дюймов) бур стал неэффективным, но, несмотря на ряд проблем, Скотту удалось пробуриться на глубину 170 см (67 дюймов). К этому моменту Скотту пришлось приложить весь свой вес, и было принято решение ввести первый зонд, чтобы проверить функциональность. [1] [3] Было начато бурение второй скважины, но сразу же возникли трудности с бурением, и завершение второй скважины было отложено для второй миссии в открытый космос . Вторую скважину удалось пробурить только на глубину 100 см, и зонд не оказался полностью под поверхностью Луны. [1] [3] Несмотря на эти трудности, зонды смогли снять показания. [1] [3]
Причина проблем заключалась в том, что более глубокие уровни лунного грунта не подвергались воздействию в течение как минимум полмиллиарда лет. Это привело к сильному уплотнению, а это означало, что дальнейшее сжатие материала не могло произойти без большого усилия. [1]
Аполлон-16
[ редактировать ]На «Аполлоне-16» ямы для зондов выкопал Чарльз Дьюк , которому удалось пробурить скважину на глубину 3 м (10 футов) от поверхности. [4] Учения на «Аполлоне-16» были модифицированы, чтобы исправить проблемы, возникшие во время предыдущей миссии «Аполлон-15». Эксперимент подошел к концу, не успев начаться, когда Джон Янг споткнулся о кабель, соединяющий эксперимент с центральной станцией ALSEP. [5] [4] Кабели были спроектированы так, чтобы противостоять растягивающим напряжениям при натягивании, но не были рассчитаны на сопротивление разрывающим движениям. [1] Вопрос о ремонте рассматривался, но был отклонен, поскольку для этого требовалось несколько часов нахождения на поверхности. [4]
Аполлон-17
[ редактировать ]Обе скважины «Аполлона-17» были пробурены без проблем, и оба зонда были без проблем установлены, продолжая работать в течение нескольких лет. [1]
Наука
[ редактировать ]Эксперимент показал, что на самой ближней поверхности лунного реголита, состоящей из нескольких сантиметров, преобладает радиационная передача тепла. В первую очередь это связано с тем, что материал довольно рыхлый, с ограниченным контактом с частицами почвы, что снижает проводимость. [1] В лунный полдень 70% всей теплопередачи было радиационным. [1] После первых 2–3 см (0,8–1,2 дюйма) уплотнение почвы увеличивается, а последующая плотность увеличивается с 1,1–1,2 г/см3 до 1,75–2,1 г/см3. Результатом является существенное увеличение проводимости. [1]
HFE обнаружил температурный градиент 1,5–2,0 К/м при тепловом потоке около 17 мВт/м. 2 . При учете неопределенности измерений это хорошо согласуется с сейсмическими и магнитными данными. [1] Это будет означать, что температуры будут относительно близки к плавлению на глубинах около 300 км (190 миль). [1]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа Лангсет, МГ (1977). «Опыт лунного теплового потока» . НАСА.
- ^ Кларк, СП (1965). «Некоторые расчеты, касающиеся возможности измерения лунного теплового потока. Итоговый отчет» . НАСА.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж «Предварительный научный отчет Аполлона-15» . History.nasa.gov . Проверено 22 декабря 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с Уливи, Паоло; Харланд, Дэвид Майкл (2004). Исследование Луны: люди-пионеры и роботы-геодезисты . Спрингер-пракс. п. 172. ИСБН 1-85233-746-Х .
- ^ «Журнал полетов Аполлона-16 - Сводка полета Аполлона-16» . History.nasa.gov . Проверено 22 декабря 2023 г.
| Ракеты-носители | |
|---|---|
| Ракета-носитель компоненты | |
| Космический корабль | |
| Космический корабль компоненты |
|
| Космические костюмы | |
| Лунная поверхность оборудование |
|
| Наземная поддержка | |
| Церемониальный | |
| Связанный | |
