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探索美国“圣杯”姊妹月球探测器的科学仪器

行业聚焦点中国仪表网2012年12月24日 09:36人气:21216

  2011年9月10日,美国“圣杯”姊妹月球探测器从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空,它将帮助科学家更好地理解月球重力场及其内部结构。作为美国首个专门研究月球重力的探测项目,“圣杯”总投资近5亿美元。两个探测器的科学探测任务期只有90天,任务结束后,二者将坠落至月球表面,对它们所采集数据进行的分析将持续一年左右
  
  

  “圣杯”探测器在设计上立基于美国空军的实验小卫-11技术验证任务和宇航局火星侦察轨道器的航天电子设备。高度控制子系统提供三轴稳定控制,由一个阳光传感器、星象跟踪仪、反应轮和惯性测量装置构成。
  
  “圣杯”探测器的电力子系统包括两个太阳能电池板和一块锂离子电池。每个太阳能电池板能够在任务结束时产生700瓦电量。它们在探测器脱离运载火箭后不久展开,整个任务期间固定不动。锂离子电池的容量为30安培小时,负责探测器穿过月球阴影时提供电量。“圣杯”探测器的推进系统包括一台肼催化推进器以及一个温暖气体系统,前者用于进入月球轨道和变轨,后者装有8个推进器阀门,用于控制高度和其他小幅度机动。
   
  科学仪器
  
  每个“圣杯”探测器搭载两个有效负荷,分别是月球引力测距系统(LGRS)这台科学仪器,以及用于教育和公众宣传的月球成像系统MoonKAM。月球引力测距系统立基于重力恢复与气候试验任务(GRACE)的仪器。2002年以来,GRACE便对地球引力进行测绘。
  
  月球引力测距系统负责传输和接收用于精确测量两颗探测器间距离变化所需的数据。这一系统包括超稳定振荡器(USO)、微波装置(MWA)、时间传递装置(TTA)和重力恢复处理器(GPA)。超稳定振荡器为所有子系统提供稳定的参考信号。月球引力测距系统为微波装置和时间传递装置提供基准频率。微波装置负责将超稳定振荡器的参考信号转换成Ka波段频率,后者将信号传输给另一颗探测器。
  
  时间传递装置的功能是,在两颗探测器之间形成一个双向时间传递链条,与月球引力测距系统的两个时钟同步并测量时钟偏差。时间传递装置产生来自于超稳定振荡器基准频率的S波段信号,向另一颗探测器传输类似GPS的测距码。重力恢复处理器将从微波装置和时间传递装置接收到的所有指令整合在一起,产生辐射计数据,数据随后传到地面。除了获取两颗探测器间距离的测量数据外,月球引力测距系统还为地面提供基于超稳定振荡器的单向信号,通过X波段无线电科学信标天线(RSB)传输。超稳定振荡器的稳态漂移借助无线电科学信标(RSB)提供的单向多普勒数据进行测量。
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