LADEE - LADEE

Explorador da Atmosfera Lunar e Ambiente de Poeira
LADEE w flare - cropped.jpg
Representação artística de LADEE em órbita lunar
Tipo de missão Pesquisa atmosférica lunar
Operador NASA
COSPAR ID 2013-047A
SATCAT 39246
Local na rede Internet nasa .gov / ladee
Duração da missão Missão primária: 100 dias
Missão estendida: 28 dias
Duração total: 223 dias
Propriedades da espaçonave
Ônibus MCSB
Fabricante Centro de Pesquisa Ames
Massa de lançamento 383 kg (844 lb)
Massa seca 248,2 kg (547 lb)
Massa de carga útil 49,6 kg (109 lb)
Dimensões 1,85 × 1,85 × 2,37 m (6,1 × 6,1 × 7,8 pés)
Poder 295 watts
Início da missão
Data de lançamento 7 de setembro de 2013, 03:27  UTC ( 2013-09-07UTC03: 27Z )
Foguete Minotauro V
Local de lançamento Wallops Pad 0B
Contratante Orbital
Fim da missão
Disposição Desorbitado
Data de decadência 18 de abril de 2014 , ~ 04h30 UTC ( 19/04/2014 )
Parâmetros orbitais
Sistema de referência Selenocêntrico
Altitude Periselene 25–50 km (16–31 mi)
Altitude Aposelene 60-80 km (37-50 mi)
Inclinação 157 graus
Período 111,5 a 116,5 minutos
Época Planejado (fase científica)
Orbitador lunar
Inserção orbital 6 de outubro de 2013, 10:57 UTC
LADEE.png
Logótipo da missão  

O Lunar Atmosfera and Dust Ambiente Explorador ( ladee ; / l æ d i / ) foi um NASA lunar exploração e demonstração de tecnologia missão. Foi lançado em um foguete Minotaur V do espaçoporto regional Mid-Atlantic em 7 de setembro de 2013. Durante sua missão de sete meses, o LADEE orbitou ao redor do equador lunar , usando seus instrumentos para estudar a exosfera lunar e a poeira nas proximidades da lua. Instruments incluído um detector de poeira, neutro espectrômetro de massa , e ultravioleta-visível espectrômetro , bem como uma demonstração da tecnologia que consiste em um laser de comunicações terminais. A missão terminou em 18 de Abril, 2014, quando os controladores da nave intencionalmente colidiu ladee para o lado mais distante da Lua , que, mais tarde, foi determinada para estar perto da borda oriental do Sundman V cratera .

Planejamento e preparações

O LADEE foi anunciado durante a apresentação do orçamento do FY09 da NASA em fevereiro de 2008. Foi inicialmente planejado para ser lançado com os satélites Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL).

Os testes mecânicos, incluindo testes acústicos , de vibração e de choque foram concluídos antes do teste de câmara de vácuo térmica em escala real no Ames Research Center da NASA em abril de 2013. Durante agosto de 2013, o LADEE passou por balanceamento final, abastecimento e montagem no lançador, e todos pré-lançamento as atividades foram concluídas em 31 de agosto, prontas para a janela de lançamento aberta em 6 de setembro.

A NASA Ames foi responsável pelas funções diárias do LADEE, enquanto o Goddard Space Flight Center operava o conjunto de sensores e as cargas úteis de demonstração de tecnologia, bem como gerenciava as operações de lançamento. A missão LADEE custou aproximadamente $ 280 milhões, que incluiu o desenvolvimento de naves espaciais e instrumentos científicos, serviços de lançamento, operações de missão, processamento científico e suporte de retransmissão.

Brilho atmosférico

Ao amanhecer e ao pôr-do-sol, várias tripulações da Apollo viram brilhos e raios. Este esboço da Apollo 17 retrata os misteriosos raios do crepúsculo.

A Lua pode ter uma atmosfera tênue de partículas em movimento constantemente saltando e caindo de volta para a superfície da Lua, dando origem a uma "atmosfera de poeira" que parece estática, mas é composta de partículas de poeira em movimento constante. De acordo com os modelos propostos a partir de 1956, no lado da luz do dia da Lua, a radiação ultravioleta solar e de raios X tem energia suficiente para arrancar os elétrons dos átomos e moléculas do solo lunar. Cargas positivas se acumulam até que as menores partículas de poeira lunar (medindo 1 micrômetro ou menores) sejam repelidas da superfície e elevadas em qualquer lugar de metros a quilômetros de altura, com as partículas menores atingindo as altitudes mais altas. Eventualmente, eles voltam para a superfície onde o processo é repetido. No lado noturno, a poeira é carregada negativamente pelos elétrons do vento solar . De fato, o "modelo de fonte" sugere que o lado noturno carregaria até tensões mais altas do que o lado diurno, possivelmente lançando partículas de poeira a velocidades e altitudes mais altas. Este efeito pode ser ainda mais acentuado durante a porção da órbita da Lua onde ela passa através da cauda magnética da Terra ; veja Campo magnético da Lua para mais detalhes. No terminador, pode haver campos elétricos horizontais significativos se formando entre as áreas diurna e noturna, resultando no transporte horizontal de poeira.

Além disso, foi demonstrado que a Lua tem uma " cauda de sódio " muito fraca para ser detectada pelo olho humano. Ele tem centenas de milhares de quilômetros de comprimento e foi descoberto em 1998 como resultado da observação da tempestade de meteoros Leonid por cientistas da Universidade de Boston . A Lua está constantemente liberando gás de sódio atômico de sua superfície, e a pressão da radiação solar acelera os átomos de sódio na direção anti-sol, formando uma cauda alongada que aponta para longe do sol. Em abril de 2013, ainda não havia sido determinado se átomos de gás de sódio ionizado ou poeira carregada são a causa dos brilhos da lua relatados.

Lander chinês

A espaçonave chinesa Chang'e 3 , lançada em 1º de dezembro de 2013 e entrado na órbita lunar em 6 de dezembro, deve contaminar a tênue exosfera lunar com o propelente do acionamento do motor e a poeira lunar da aterrissagem do veículo. Embora tenha sido expressa a preocupação de que isso poderia atrapalhar a missão do LADEE, como suas leituras de linha de base da exosfera da Lua, em vez disso, forneceu valor científico adicional, uma vez que a quantidade e composição do sistema de propulsão da espaçonave eram conhecidas. Os dados do LADEE foram usados ​​para rastrear a distribuição e eventual dissipação do escapamento e da poeira na exosfera lunar. Também foi possível observar a migração da água , um componente do escapamento, dando uma ideia de como ela é transportada e fica presa nos pólos lunares.

Objetivos da missão

A missão do LADEE foi projetada para abordar três objetivos principais da ciência:

  • Determine a densidade global, composição e variabilidade de tempo da tênue exosfera lunar antes que ela seja perturbada por mais atividades humanas;
  • Determine se os avistamentos do astronauta da Apollo de emissão difusa a dezenas de quilômetros acima da superfície foram brilho de sódio ou poeira;
  • Documentar o ambiente do impactador de poeira (tamanho, frequência) para ajudar a orientar a engenharia de projeto para o posto avançado e também para futuras missões robóticas;

e um objetivo de demonstração de tecnologia :

Operações de voos espaciais

O explorador da atmosfera lunar e do ambiente de poeira durante a decolagem
Lançamento de fotobombas de sapo LADEE
LADEE entra em órbita, visto da Virgínia (foto de longa exposição)

Lançar

O LADEE foi lançado em 7 de setembro de 2013, às 03:27 UTC (6 de setembro, 23:27 EDT), do Wallops Flight Facility no Mid-Atlantic Regional Spaceport em um foguete porta-aviões Minotaur V. Esta foi a primeira missão lunar a ser lançada a partir dessa instalação. O lançamento tinha potencial de visibilidade ao longo de grande parte da costa leste dos Estados Unidos, do Maine à Carolina do Sul; O tempo claro permitiu que vários observadores de Nova York à Virgínia observassem a subida, o corte do primeiro estágio e a ignição do segundo estágio.

Como o Minotaur V é um foguete de propelente sólido , o controle de atitude da espaçonave nesta missão operava de forma um pouco diferente de um foguete a combustível líquido típico com feedback de circuito fechado mais contínuo . Os três primeiros estágios do Minotauro "voam em um perfil de atitude pré-programado" para ganhar velocidade e entregar o veículo à sua trajetória preliminar, enquanto o quarto estágio é usado para modificar o perfil de vôo e entregar a espaçonave LADEE no perigeu para o quinto estabilizador de rotação estágio para então colocar a espaçonave em uma órbita altamente elíptica ao redor da Terra - a primeira de três - para iniciar um trânsito lunar de um mês.

Embora agora separados da espaçonave LADEE, o quarto e o quinto estágios do Minotauro V alcançaram a órbita e agora são destroços espaciais na órbita da Terra .

Uma foto de lançamento com um sapo atirado para o alto pela onda de pressão se tornou popular nas redes sociais. A condição da rã é incerta.


Trânsito lunar

Conceito artístico de propulsores de disparo LADEE
Animação de Ladee da trajetória de 07 de setembro de 2013, a 31 de outubro de 2013
  LADEE  ·   Lua  ·   terra
Animação de Ladee da trajetória em torno da lua de 1 de Outubro de 2013 para 17 de abril, 2014
  LADEE  ·   Lua

LADEE fez uma abordagem incomum em seu trânsito pela Lua . Lançada em uma órbita terrestre altamente elíptica , a espaçonave deu três voltas cada vez maiores ao redor da Terra antes de chegar perto o suficiente para entrar na órbita lunar . O trânsito demorou cerca de um mês.

Após a separação do Minotauro, altas correntes elétricas foram detectadas nas rodas de reação do satélite, causando seu desligamento. Não houve indicação de falha e, após ajustes dos limites de proteção, a orientação com rodas de reação foi retomada no dia seguinte.

A espaçonave LADEE fez três " órbitas em fase " da Terra antes de realizar uma inserção na órbita lunar (LOI), que ocorreu no perigeu da terceira órbita usando uma queima de motor de três minutos. A órbita do alvo para a terceira órbita da Terra tinha um perigeu de 200 quilômetros (120 milhas), um apogeu de 278.000 km (173.000 milhas) e uma inclinação de 37,65 graus. O argumento planejado do perigeu é de 155 graus, enquanto sua energia característica , C3, é -2,75 km 2 / s 2 . A nova trajetória usando loops de fase orbitais foi feita por quatro razões principais:

  • o veículo de lançamento Minotaur V tinha delta-v insuficiente para colocar o LADEE de 383 kg (844 lb) diretamente em uma injeção translunar .
  • para lidar com potenciais dispersões de lançamento fora do nominal do Minotaur V - que é uma pilha de cinco estágios de foguete sólido e não é considerado um foguete particularmente preciso - de uma maneira eficiente de propelente, deixando o perfil de órbita flexível para grandes dispersões em a órbita de injeção inicial.
  • para ampliar a janela de lançamento para cinco dias. No evento, o LADEE não precisou disso, pois o lançamento ocorreu no início da janela do primeiro dia.
  • para aumentar a robustez da missão em face de qualquer manobra orbital anômala ou perdida com a espaçonave.

Órbita lunar e verificação de sistemas

O LADEE entrou na órbita lunar em 6 de outubro de 2013, quando o LADEE foi colocado em uma órbita de captura elíptica de 24 horas de duração. LADEE foi baixado para uma órbita de quatro horas em 9 de outubro de 2013. Uma nova queima ocorreu em 12 de outubro, baixando LADEE em uma órbita circular em torno da Lua com uma altitude de aproximadamente 250 quilômetros (160 mi) para sua fase de comissionamento, que durou cerca de 30 dias. Os sistemas e instrumentos do LADEE foram verificados depois que a órbita foi baixada para 75 km (47 mi) de altitude.

Demonstração de comunicação do laser lunar

Representação do módulo óptico do LLCD

O sistema de laser pulsado do LADEE Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) conduziu um teste bem-sucedido em 18 de outubro de 2013, transmitindo dados entre a espaçonave e sua estação terrestre na Terra a uma distância de 385.000 quilômetros (239.000 milhas). Este teste estabeleceu um recorde de downlink de 622 megabits por segundo (Mbps) da espaçonave para o solo, e uma "taxa de upload de dados livre de erros de 20 Mbps" da estação terrestre para a espaçonave. Os testes foram realizados ao longo de um período de teste de 30 dias.

O LLCD é um sistema de comunicação óptica de espaço livre . É a primeira tentativa da NASA de comunicação espacial bidirecional usando um laser óptico em vez de ondas de rádio . Espera-se que leve a sistemas de laser operacionais em futuros satélites da NASA. A próxima iteração do conceito será a Demonstração do Relé de Comunicações a Laser programada para 2017. Além disso, foi proposta como carga útil para o orbitador Phobos And Deimos & Mars Environment (PADME).

Fase de ciência

Para as operações científicas, o LADEE foi manobrado para uma órbita com um periselene de 20 km (12 mi) e um aposeleno de 60 km (37 mi). A fase científica da missão principal do LADEE foi inicialmente planejada para 100 dias e, posteriormente, foi concedida uma extensão de 28 dias. A extensão forneceu uma oportunidade para o satélite coletar um ciclo lunar completo adicional de dados de altitudes muito baixas para ajudar os cientistas a desvendar a natureza da tênue exosfera lunar.

Fim da missão

Os controladores da espaçonave ordenaram a queima final do motor em 11 de abril de 2014, para reduzir o LADEE a 2 km (1 mi) da superfície da Lua e configurá-lo para impacto o mais tardar em 21 de abril. A sonda então lidou com o eclipse lunar de abril de 2014 em 15 de abril, durante o qual não conseguiu gerar energia porque ficou na sombra da Terra por quatro horas. Os instrumentos científicos foram desligados e os aquecedores foram acionados durante o evento para conservar energia, mas manter a espaçonave aquecida. Os engenheiros não esperavam que o LADEE sobrevivesse, uma vez que não foi projetado para lidar com tal ambiente, mas saiu do eclipse com apenas alguns problemas de funcionamento do sensor de pressão.

Durante sua penúltima órbita em 17 de abril, o periapsia do LADEE o levou a 300 m da superfície lunar. O contato com a espaçonave foi perdido por volta das 04:30 UTC do dia 18 de abril, quando ela se moveu para trás da lua. LADEE atingiu a superfície do lado oposto da Lua em algum momento entre 04:30 e 05:22 a uma velocidade de 5.800 km / h (3.600 mph). O outro lado da Lua foi escolhido para evitar a possibilidade de danificar locais historicamente importantes, como os locais de pouso da Lua e da Apollo . A NASA usou o Lunar Reconnaissance Orbiter para obter a imagem do local do impacto, que foi determinado estar próximo à borda leste da cratera Sundman V.

LADEE - Cratera de Impacto
Antes do impacto
Depois do impacto
Imagens sobrepostas
Cratera Sundman V (borda oriental) ; 18 de abril de 2014

Nave espacial

Projeto

LADEE é a primeira espaçonave projetada , integrada , construída e testada pelo Ames Research Center da NASA . A espaçonave tem um design inovador (um ônibus espacial nunca antes voado) - e de custo muito mais baixo do que as missões científicas típicas da NASA - o que apresentou novos desafios para a equipe de design de trajetória em fazer com que a nova espaçonave fosse lançada à Lua com alta confiança plano de trajetória de voos espaciais, enquanto lida com um novo foguete de primeira utilização (Minotaur V) e uma nave espacial sem legado de teste de voo . (ver trânsito lunar , acima).

A missão LADEE faz uso do ônibus espacial comum modular , ou carroceria, feito de um composto de carbono leve com uma massa sem combustível de 248,2 kg (547 lb). O ônibus tem a capacidade de realizar vários tipos de missões - incluindo viagens à Lua e objetos próximos à Terra - com diferentes módulos ou sistemas aplicáveis. Este conceito modular é uma forma inovadora de transição de projetos personalizados para projetos multiuso e produção de linha de montagem, o que poderia reduzir drasticamente o custo de desenvolvimento de espaçonaves. Os módulos de ônibus da espaçonave LADEE consistem no Módulo Radiador que carrega os aviônicos, sistema elétrico e sensores de atitude; o Módulo de ônibus; o Módulo de carga útil que carrega os dois maiores instrumentos; e os Módulos de Extensão, que abrigam o sistema de propulsão.

Especificações

A estrutura principal tem 2,37 m (7,8 pés) de altura, 1,85 m (6,1 pés) de largura e 1,85 m (6,1 pés) de profundidade. A massa total da espaçonave é 383 kg (844 lb).

Poder

A energia elétrica foi gerada por um sistema fotovoltaico composto por 30 painéis de células solares de silício produzindo 295 W a uma UA . Os painéis solares foram montados nas superfícies externas do satélite e a energia elétrica foi armazenada em uma bateria de íon-lítio fornecendo até 24 Ah de energia de 28 volts .

Sistema de propulsão

O sistema de propulsão LADEE consistia em um sistema de controle de órbita (OCS) e um sistema de controle de reação (RCS). O OCS fornecia controle de velocidade ao longo do eixo + Z para grandes ajustes de velocidade. O RCS fornecia controle de atitude de três eixos durante as queimadas do sistema OCS e também fornecia despejos de impulso para as rodas de reação, que eram o sistema de controle de atitude primário entre as queimadas do OCS.

O motor principal era um 455 N High Performance Apogee Thruster (HiPAT). Os propulsores de controle de atitude 22N de alta eficiência são fabricados com materiais de alta temperatura e semelhantes ao HiPAT. O motor principal forneceu a maior parte do empuxo para as manobras de correção da trajetória da espaçonave. Os propulsores do sistema de controle foram usados ​​para as pequenas manobras planejadas para a fase de ciência da missão.

Após a fase científica, ocorreu um período de desativação, durante o qual a altitude foi gradualmente reduzida até que a espaçonave impactasse a superfície lunar.

Carga útil científica

O LADEE carregava três instrumentos científicos e uma carga útil de demonstração de tecnologia.

A carga útil científica consiste em:

  • O espectrômetro de massa neutra (NMS), que realizou medições in situ de átomos e moléculas exosféricas por meio de espectroscopia de massa . Partes do NMS foram baseadas no instrumento SAM do Mars Science Laboratory .
  • O espectrômetro UV-Vis (UVS), que mede a poeira e a exosfera por espectroscopia ultravioleta-visível . O instrumento foi baseado no espectrômetro UV-Vis na missão LCROSS .
  • Lunar Dust Experiment (LDEX), que mede a poeira diretamente usando um detector de ionização por impacto. Isso funciona medindo a ionização das partículas que atingem o detector. O instrumento foi construído com base na experiência adquirida com instrumentos semelhantes em Galileo , Ulysses e Cassini .

Carga útil de demonstração de tecnologia

O LADEE também carregou uma carga útil de demonstração de tecnologia para testar um sistema de comunicação óptica . A Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) usou um laser para transmitir e receber dados como pulsos de luz, da mesma forma que os dados são transferidos em um cabo de fibra óptica . Três estações terrestres foram usadas. Este método de comunicação pode fornecer taxas de dados cinco vezes mais altas do que o sistema de comunicação de radiofrequência anterior . A tecnologia é um predecessor direto do sistema Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) da NASA, que deve ser lançado em 2017.

Resultados preliminares

As equipes científicas do LADEE continuaram a analisar os dados adquiridos no momento do pouso do Chang'e 3 em 14 de dezembro de 2013.

  • A equipe do Lunar Dust Experiment (LDEX) notou um aumento na poeira na hora do pouso. No entanto, a subida precedeu o tempo de pouso em muitas horas, sugerindo uma origem diferente. Na verdade, a chuva de meteoros Geminidas coincidiu com este evento de pouso e produziu contagens de poeira elevadas antes, durante e depois do período de pouso. A equipe relatou que "se o LADEE encontrou quaisquer partículas de solo lunar lançadas pela descida final de Chang'e 3, elas teriam se perdido no pano de fundo dos eventos produzidos por Geminida."
  • A equipe do Neutral Mass Spectrometer (NMS) tem pesquisado os dados de espécies de gases de escape, como água, monóxido de carbono e dióxido de carbono (CO e CO 2 ), bem como nitrogênio (N 2 ).
  • O espectrômetro de luz ultravioleta e visível (UVS) realizou uma série de observações antes / depois em busca dos efeitos da aterrissagem e das chuvas de meteoros. A análise revelou um aumento de sódio na exosfera em conexão com a chuva de meteoros Geminida, bem como evidências de maior dispersão de luz devido à poeira. O UVS também monitorou linhas de emissão de oxigênio atômico e viu emissões que podem ter indicado a presença de ferro (Fe) e titânio ( Ti ), o que era esperado, mas nunca antes observado.
  • Os gases de hélio , argônio e neon foram considerados as espécies mais abundantes na exosfera lunar. O hélio e o néon foram fornecidos pelo vento solar .
  • Em 17 de agosto de 2015, com base em estudos com a espaçonave LADEE, os cientistas da NASA relataram a detecção de neon na exosfera lunar.

Equipe

A equipe do LADEE incluiu colaboradores da Sede da NASA, Washington DC, Ames Research Center da NASA, Moffett Field, Califórnia, Goddard Space Flight Center da NASA, Greenbelt, Maryland , e do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado em Boulder. Os investigadores convidados incluem os da Universidade da Califórnia, Berkeley, o Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, Laurel, Maryland; a Universidade do Colorado; a Universidade de Maryland; e Goddard Space Flight Center da NASA, Greenbelt, Maryland.

Galeria

Primeiras imagens da Lua capturadas pelo rastreador de estrelas do LADEE , tiradas em 8 de fevereiro de 2014.

Veja também

Referências

links externos