Autor Wątek: LCROSS  (Przeczytany 1734 razy)

0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.

Scorus

  • Gość
LCROSS
« dnia: Lipiec 14, 2010, 18:04 »
WPROWADZENIE
LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Spacecraft) jest misją księżycową, której głównym celem jest potwierdzenie lub wykluczenie istnienia lodu wodnego w trwale ocienionych kraterach w strefach polarnych Księżyca. Misja ta tatrze pozwoli na opracowanie technologii i konfiguracji modułowych, które mogą znaleźć zastosowanie w późniejszych misjach. W skład misji wchodzi mały statek kosmiczny - tzw. Shepherding Spacecraft (S-S/C), który wystartuje jako ładunek dodatkowy na rakiecie Atlas 5 z sondą Lunar Reconassiance Orbiter (LRO). Górny stopień rakiety - Centaur o masie 2000 kilogramów uderzy w powierzchnię Księżyca, w jeden z ocenionych kraterów w strefie polarnej, powodując powstanie krateru i wyrzucenie strumienia materii. Przez strumień materii przeleci następnie pojazd S-S/C, zbierając bezpośrednio dane na temat jego składu chemicznego, morfologii powstałego krateru i dynamiki zderzenia. Następnie sam uderzy w powierzchnię, stając się impaktorem o masie 700 kilogramów. Uderzenia i wyrzucona materia będą także obserwowane przez teleskopy orbitalne Hubble'a i Chandra, a także obserwatoria naziemne. W ten sposób misja pozwoli na zebranie danych na temat składu podłoża w zacienionych kraterach Księżycowych, i określenie zawartości w nich wody. Za rozwój projektu LCROSS jest odpowiedzialny ośrodek NASA Ames Research Center, a głównym wykonawcą pojazdu jest Northrop Grumman.

KONSTRUKCJA
Konstrukcja statku S-S/C redukuje ryzyko związane z tą misją, poprzez zastosowanie wypróbowanych systemów awioniki, napędu, struktury, łączników, systemów odziewających, wszystkich w często stosowanej konfiguracji. Całkowita masa systemu bez paliwa wynosi 534 kilogramów. Masa paliwa hydrazynowego wynosi 300 kilogramów, a całkowita masa systemu wraz z paliwem - 834 kilogramów.

Misja LCROSS ma minimalny wpływ fizyczny i funkcjonalny na misję LRO. Pojazd S-S/C i jego łącznik są wstawione pomiędzy orbiter LRO i górny stopień rakiety Atlas 5, czyli Centaur. 62 calowy interfejs pomiędzy S-S/C i Centaurem jest repliką interfejsu pomiędzy ładunkiem użytecznym a adapterem Centaura. S-S/C jest przymocowany do systemu mocującego ładunek użyteczny (Payload Attachment Fitting - PAF) B1194VS wspierającego adapter ładunku dodatkowego (EELV Secondary Payload Adaptor - ESPA). Ten stos jest umieszczony na górnej części drugiego łącznika PAF sprawdzonego we wcześniejszych misjach - D1666VS zamocowanego do stopnia Centaur. Sam pojazd S-S/C jest bardzo prostym statkiem kosmicznym, który nie ma żadnych aktywnych systemów z wyjątkiem systemu oddzielającego. Żadne systemy i technologie nie musiały być specjalnie opracowywane z wyjątkiem fotometru wykrywającego błysk zderzenia. Cały pojazd charakteryzuje niskie ryzyko. Statek ma kształt walcowaty. Konstrukcja statku S-S/C jest oparta na pojedynczym pierścieniu ESPA, zawierającym niezależny system awioniki, mały zbiornik paliwa o pojemności 344 kilogramów i system napędowy, pojedyncza płytę z panelami słonecznymi i bateriami, oraz montaż instrumentów naukowych, 2 anteny pasma S i 2 anteny stożkowe o średnim zysku.

Scorus

  • Gość
Odp: LCROSS
« Odpowiedź #1 dnia: Lipiec 14, 2010, 18:05 »
WYPOSAŻENIE
W skład sprzętu naukowego pojazdu S-S/C wchodzi 9 instrumentów - 5 kamer, 3 spektrometry i fotometr. Wraz z kontrolerem ładunek użyteczny ma masę 16 kilogramów. Instrumentami naukowymi są: kamera światła widzialnego (Visible Camera - VisCam); kamera środkowej podczerwieni A (Mid Infrared Camera A - MIRCamA); kamera środkowej podczerwieni B (Mid Infrared Camera B - MIRCamB); kamera bliskiej podczerwieni A (Near Infraed Camera A - NIRCamA); kamera bliskiej podczerwieni B (Near Infrared Camera B - NIRCamB); spektrometr bliskiej podczerwieni A (Near Infrared Spectrometer A - NIRSpecA); spektrometr bliskiej podczerwieni B (Near Infrared Spectrometer B - NIRSpecB); oraz fotometr całkowitej luminacji (Total Luminescent Photometer - TLP).

Kamery MIRCam A i B wykonają obrazowanie termalne terenu w miejscu uderzenia stopnia Centaur przed i po uderzeniu oraz strumienia wyrzuconej na skutek impaktu materii. Do ich podstawowych celów naukowych zaliczają się: scharakteryzowanie materiału na powierzchni (skały/regolit); określenie ewolucji cieplnej strumienia materii (co jest uzależnione od zawartości wody); oraz wykonanie obserwacji powierzchni pokrytej wyrzuconą materią oraz świeżo odsłoniętego regolitu. Instrumenty używają detektora w postaci stosowanego już w lotach kosmicznych niechłodzonego krzemowego mikrobolometru najczulszego w zakresie spektralnym 7 - 14 mikronów. Sensor produkuje sygnał w formacie PAL (384H x 288V pikseli). Instrument pracuje w zakresie spektralnym scentrowanym na 7 um. Pasmo to ma szerokość 20 nm. Pole widzenia ma szerokość 10 stopni. Rozdzielczość przestrzenna obrazów na 15 minut przed zderzeniem statku S-S/C z powierzchnią Księżyca wyniesie 0.6 kilometra, a na 1 minutę przed zderzeniem - 0.04 kilometra.

Kamery NIRCam A i B mają na celu dostarczenie obrazów uderzenia stopnia Centaur w powierzchnię Księżyca i strumienia materii wyrzuconej z powierzchni na skutek zderzenia. Pozwoli to na określenie całkowitej ilości wyrzuconej wody. Kamery są wyposażona w detektor w postaci macierzy czułej na podczerwień InGaAs. Pracuje on w obniżonej temperaturze. Kamery będą obserwowały emisję wody przy 1.4 nanometra. Pole widzenia kamery ma szerokość 6 stopni. Rozdzielczość przestrzenna obrazów na 15 minut przed zderzeniem pojazdu S-S/C z powierzchnią Księżyca będzie wynosić 0.4 kilometra, a na 1 minutę przed zderzeniem - 0.02 kilometra.

Kamera VISCam ma za zadanie dostarczenie kontekstowych obrazów uderzenia stopnia Centaur w powierzchnię Księżyca oraz strumienia wyrzuconej materii. Umożliwi to dokładne zlokalizowanie miejsca zderzenia i poznanie morfologii strumienia materii wyrzuconej z powierzchni na skutek zderzenia. Kamera jest wyposażona w detektor CCD wysokiej jakości produkujący sygnał w formacie PAL, 752H x 582V pikseli. Instrument pracuje w zakresie spektralnym scentrowanym na 0.65 um o szerokości 50 nm. Pole widzenia ma szerokość 6 stopni. rozdzielczość przestrzenna obrazów na 15 minut przed uderzeniem pojazdu S-S/C w powierzchnię Księżyca wyniesie 0.2 kilometra, a na 1 minutę przed zderzeniem - 0.01 kilometra.

Spektrometry NIRSpec A i B mają za zadanie wykonanie spektrogramów strumienia materii wyrzuconej z powierzchni Księżyca na skutek uderzenia w nią stopnia Centaur, co umożliwi wykonanie poszukiwań lodu wodnego, oparów wody, minerałów uwodnionych, oraz ocenienie rozmiarów ziaren w strumieniu. NIRSpec A jest identyczny ze spektrometrem NIRSpec B, ale ma inny kierunek obserwacji. NIRSpec A w czasie misji będzie patrzył wzdłuż trajektorii lotu statku S-S/C, a NIRSpec B wykona obserwacje w poprzek strumienia wyrzuconej materii. Instrumenty te będą monitorowały pasma spektralne związane z oparami wody, lodem wodnym i uwodnionymi minerałami w zakresie bliskiej podczerwieni (Near Infrared - NIR) - 1.35 - 2.25 mikrona. Zakres ten jest stosunkowo wolny od zakłóceń. Obszar spektralny blisko 1.4 i 1.9 mikronów, normalnie nieprzepuszczalny przez ziemską atmosferę dostarcza wrażliwej sygnatury obecności lodu wodnego albo wodzianów. Szerokość pasma wynosi 9 nanometrów. Pole widzenia FOV ma szerokość 6 stopni.

Spektrometr VISSpec ma za zadanie wykonane spektrogramów strumienia materii wyrzuconej z powierzchni Księżyca na skutek uderzenia członu Centaur w liniach emisji H2O+ (619 nm) i OH (308 nm) w celu wykrycia wody w tej materii. Umożliwi on także wykonanie poszukiwań substancji organicznych w regolicie Księżyca w stale ocienionych kraterach polarnych. Instrument ten wykona obserwacje powierzchni Księżyca przed i po uderzeniu stopnia Centaur w jego powierzchnię, zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz wytworzonego krateru w rozdzielczości przestrzennej i pod kątem nie dostępnym z Ziemi. Następnie będzie śledził ewolucję oświetlonego przez Słońce strumienia wyrzuconej materii i ewolucję emisji grup OH pochodzących z cząsteczek wody rozbitych przez promieniowanie słoneczne. Urządzenie pracuje w zakresie spektralnym 0.27 - 0.65 um. Pasmo to ma szerokość 9 nm. Instrument będzie śledził emisję w liniach OH-1 (308 nm) i H2O+ (619 nm), co pozwoli na oszacowanie produkcji pary wodnej. Pole widzenia FOV ma szerokość 6.

Fotometr TLP ma zaobserwować błysk świetlny spowodowany uderzeniem stopnia Centaur w powierzchnię Księżyca. Błysk ten będzie spowodowany ogrzaniem i odparowaniem materiału powierzchniowego i Centaura. Kształt krzywej zmiany blasku błysku pozwoli na nałożenie pewnych ograniczeń na warunki początkowe uderzenia.

Scorus

  • Gość
Odp: LCROSS
« Odpowiedź #2 dnia: Lipiec 14, 2010, 18:05 »
PLAN PRZEBIEGU MISJI (data publikacji 15.12.2007)
Start misji LCROSS wraz z sondą LRO jest planowany na październik 2008 roku. Pojazd wystartuje z Przylądka Canaveral. Rakietą nośną będzie Atlas 5 produkcji Loscheed Martin. Będzie to rakieta w konfiguracji Atlas 401.

Po starcie stopień Centaur wraz z pojazdami LRO i S-S/C wykona manewr wejścia na orbitę translunarną. Następnie od stopnia Centaur odzieli się sonda LRO. Potem Centaur wykona manewr nakierowujący o delta-v 70 m/s mający na celu pozycjonowanie stosu Centaur/S-S/C na przelot księżycowy. Po tym odpaleniu silników na następnie 2 godziny misji odpowiedzialność za manewrowanie stopniem Centaur przejmie połączony z nim S-S/C. W tym czasie orbiter LRO wejdzie na orbitę okołoksiężycową. Centaur otworzy także zawór paliwa, co pozwoli na zmniejszenie masy mieszanki paliwowej. Parowanie wodoru i tlenu ze zbiornika przez 84 dni zmniejszy prawdopodobieństwo, że składniki te znajdą się w strumieniu materii wyrzuconej po uderzeniu w powierzchnię. Po przelocie koło Księżyca 86 dni po stracie S-S/C wykona końcowy manewr mający na celu ustawienie stopnia Centaur na odpowiednią trajektorię zderzeniową. Na 7 godzin przed uderzeniem statek S-S/C odzieli się od stopnia Centaur, i będzie podążał około 10 minut za nim. Centaur następnie uderzy w powierzchnię Księżyca z szybkością 9 000 km/h powodując powstanie krateru i wyrzucenie strumienia materii (około 1000 ton) w przestrzeń kosmiczną. Strumień materii będzie miał wysokość około 50 kilometrów. Uderzenie to będzie miało energię ponad 200 razy większą od uderzenia w powierzchnię sondy Lunar Prospcetor. Po uderzeniu Centaura w powierzchnię Księżyca S-S/C przeleci przez strumień materii zbierając dane o dużej rozdzielczości przestrzennej i czasowej na temat zderzenia, wyrzuconej materii i krateru. W czasie zderzenia obserwacje ze statku S-S/C zostaną wsparte przez kampanię obserwacji naziemnych. Potem, 15 minut po stopniu Centaur pojazd S-S/C sam zderzy się z powierzchnią Księżyca kilka kilometrów od miejsca uderzenia Centaura. Uderzy on z szybkością 2.5 kilometra na sekundę i pod kontem 75 stopni. Zderzenie będzie obserwowane z Ziemi i pozwoli na zdobycie informacji na temat możliwych niejednorodności rozkładu wody w ocienionych kraterach. Zjawisko to będzie dostrzegalne także przez teleskopy naziemne.

Krater wybity przez Centaura będzie miał średnicę około 28 metrów i głębokość 5 metrów, natomiast krater wybity przez S-S/C będzie miał około 18 metrów średnicy i głębokość 3.5 metra. Kratery te będą znacznie większe od krateru wybitego przez sondę Lunar Prospector o masie 158 kilogramów, która uderzyła w powierzchnię z szybkością 1.7 kilometra na sekundę i pod kątem 6 stopni. Temperatura przy uderzeniu będzie nie wystarczająca do odparowania większości materii (około 90%) ale będzie wystarczająca do powstania krótkotrwałego błysku, trwającego poniżej 100 milisekund, który zostanie zmierzony przez fotometr S-S/C. Strumień materii z krateru zostanie wyrzucony z szybkością powyżej 250 metrów na sekundę, i większość wody będzie znajdowała się w nim w stanie stałym, ponieważ jest zmieszana z pyłem. Lód w chmurze będzie sublimował pod wpływem promieniowania słonecznego. Jasność chmury będzie wzrastała. Później cząsteczki wody zostaną rozbite przez słoneczne promieniowanie UV, i emisja grupy OH będzie obserwowana w linii 308 nm.

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: LCROSS
« Odpowiedź #2 dnia: Lipiec 14, 2010, 18:05 »