ALSE - ALSE

O ALSE (Apollo Lunar Sounder Experiment) (também conhecido como Scientific Experiment S-209, de acordo com as designações da NASA) foi um experimento de radar de penetração no solo (sonda subterrânea) que voou na missão Apollo 17 .

Imagem ALSE da Bacia de Aitken (16,8ºS, 173,4ºE)

Missão e Ciência

Este experimento usou radar para estudar a superfície e o interior da Lua . Ondas de radar com comprimentos de onda entre 2 e 60 metros (frequências de 5, 15 e 150 MHz) foram transmitidas por meio de uma série de antenas perto da parte traseira do Módulo de Serviço Apollo . Depois que as ondas foram refletidas pela Lua , elas foram recebidas pelas mesmas antenas e os dados foram gravados em filme para análise na Terra. O objetivo principal deste experimento foi "ver" os 2 quilômetros superiores da crosta lunar de uma maneira um tanto análoga ao uso de ondas sísmicas para estudar a estrutura interna da lua . Isso foi possível porque foram usados ​​comprimentos de onda de radar muito longos e porque a Lua é muito seca, o que permitiu que as ondas do radar penetrassem muito mais profundamente na Lua do que seria possível se houvesse água nas rochas lunares. (Um experimento de radar no ônibus espacial foi usado de forma semelhante para mapear antigos vales de rios abaixo do Deserto do Saara .) Esse experimento também forneceu informações muito precisas sobre a topografia lunar. Além de estudar a Lua, o experimento também mediu as emissões de rádio da Via Láctea Galaxy .

Dados ALSE processados ​​da Bacia de Aiken

Dados ALSE com correlação cruzada da Bacia de Aiken

Este experimento revelou estruturas abaixo da superfície em Mare Crisium , Mare Serenitatis , Oceanus Procellarum e muitas outras áreas. Nas áreas de mares, camadas foram observadas em várias partes diferentes das bacias e, portanto, acredita-se que sejam feições generalizadas. Com base nas propriedades das ondas de radar refletidas, acredita-se que as estruturas estejam em camadas dentro do basalto que preenche ambas as bacias do mar. No Mare Serenitatis, camadas foram detectadas em profundidades de 0,9 e 1,6 quilômetros abaixo da superfície. No Mare Crisium, uma camada foi detectada a uma profundidade de 1,4 quilômetros abaixo da superfície. O fundo dos basaltos do mar aparentemente não foi detectado por este experimento. No entanto, em Mare Crisium, os resultados do experimento Lunar Sounder foram combinados com outras observações para estimar uma espessura total de basalto entre 2,4 e 3,4 quilômetros.

O Lunar Sounder Experiment também contribuiu para a nossa compreensão das rugas na lua. Essas cristas longas e baixas são encontradas em muitos maria lunar. A maioria dos geólogos lunares acredita que essas cristas se formaram quando a superfície da Lua foi deformada pelo movimento ao longo de falhas ("terremotos") na crosta lunar há mais de 3 bilhões de anos. O peso de vários quilômetros de basalto de mar nessas áreas fez com que a superfície da Lua afundasse um pouco, e esse movimento fez com que a superfície se curvasse em alguns lugares, formando as cristas enrugadas. No entanto, outros cientistas sugeriram que essas cristas são características vulcânicas, formadas pelo fluxo de magma na superfície da Lua ou dentro da crosta. O Lunar Sounder Experiment estudou detalhadamente várias cristas enrugadas no sul do Mare Serenitatis , fornecendo informações sobre a topografia dessas cristas e sobre as estruturas na crosta abaixo dessas cristas. Esses resultados apóiam a ideia de que cristas enrugadas são formadas principalmente por movimentos ao longo das falhas.

Projeto de Instrumento

O instrumento ALSE operou em duas bandas de HF (5 MHz - HF1 - e 15 MHz - HF2) frequências centrais e uma banda de VHF (150 MHz), cada uma com uma largura de banda de 10% (usando um sinal chirped ). As duas bandas de HF compartilhavam a mesma antena dipolo de alimentação central , enquanto uma antena Yagi de 7 elementos foi usada para o canal VHF. Dois transceptor diferentes foram utilizados para a HF (operação alternada entre HF1 e HF2 sobre uma PRF -by- PRF base) e VHF, compartilhando um gravador óptico comum. Não foi possível operar em VHF e HF simultaneamente. Todo o sistema pesava 43 kg e exigia 103 W de potência. A eletrônica estava localizada dentro do Módulo de Serviço Apollo . As duas metades da antena dipolo eram retráteis, nos dois lados do próprio módulo de serviço, enquanto o Yagi usado para VHF era guardado próximo ao motor principal e posicionado após o lançamento.

Sendo o objetivo principal do experimento o mapeamento de camadas de subsuperfície, a compensação mais crítica no projeto foi a profundidade de penetração vs resolução: frequências mais baixas penetram mais, mas permitiram uma largura de banda de sinal menor e, portanto, uma pior resolução que, por sua vez, afetou a capacidade de discriminar ecos subterrâneos próximos à superfície. A capacidade de sondagem também foi afetada por:

• os lóbulos laterais de alcance do chirp comprimido : eles podem mascarar ecos fracos de subsuperfície se não forem controlados adequadamente. ALSE foi projetado para ter uma proporção mínima de pico para lóbulos laterais de 45  dB após o terceiro lóbulo.
• o retorno de desordem da superfície fora do nadir, que pode ser confundido com o eco de subsuperfície com o mesmo atraso. Para reduzir a desordem ao longo da trilha, uma abertura sintética é gerada no processamento do solo, estreitando assim a pegada efetiva da antena.

Em vez disso, a desordem de dispersores através da trilha teve que ser inferida a partir do conhecimento da topografia da superfície.

Um recurso de controle de ganho automático (AGC) foi incluído em todos os canais para otimizar a alocação de sinal dentro da faixa dinâmica do receptor . A taxa de atualização do AGC foi de 30 s. Em ambos os transceptores HF e VHF, o sinal chirp foi gerado por um oscilador de varredura sincronizado com um Oscilador Local ESTÁVEL (STALO) a fim de preservar a coerência de fase para o processamento SAR . O sinal recebido foi convertido em IF e a amplitude do sinal foi usada para modular em amplitude um CRT (varrido na taxa PRF), por sua vez, imprimindo um filme de 70 mm para gravação óptica dos dados. Devido à alta velocidade de gravação necessária para o canal VHF de largura de banda mais ampla , para minimizar a quantidade de dados gravados, este canal usou um sistema de rastreamento de eco para adquirir e registrar apenas o retorno da superfície principal e os 70 μs de ecos imediatamente seguintes. Além disso, neste canal, o ganho do receptor foi aumentado 13 μs após a chegada do eco da superfície principal para melhor explorar a faixa dinâmica em retornos de subsuperfície fracos.

Estando o gravador localizado no módulo de serviço, um dos astronautas (Ron Evans) teve que realizar uma Atividade Extra Veicular (EVA) durante o vôo de retorno da Lua para coletar os filmes gravados.

A instalação de processamento em terra permitia o processamento óptico completo (na época, a abordagem padrão para processamento SAR ) realizando compactação de azimute e / ou alcance, ou digitalização de dados compactos ou compactados por azimute para processamento digital posterior.

Durante a fase de desenvolvimento, um protótipo ALSE modificado foi instalado a bordo de uma aeronave KC-135 para realizar testes de sondagem no sudeste dos EUA e na Groenlândia , demonstrando as capacidades do sistema.

Os principais parâmetros do radar ALSE estão resumidos na tabela abaixo:

Referências

links externos

• Missão Apollo 17 no Instituto Lunar e Planetário