NASA-ның Explorer 32 спутнигі: Жоғарғы атмосфераның температурасы, құрамы, тығыздығын өлшеу. Жаңа технологиялар: жазба таспасы, күн батареялары, магниттік торкер.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
NASA-ның Explorer бағдарламасының спутнигі, сондай-ақ Atmosphere Explorer B (AE B) деп аталатын, Explorer 17 спутнигіне өте ұқсас болды және жоғары атмосфераның температурасын, құрамын, тығыздығын және қысымын тікелей өлшеу үшін құрылды. Бұл спутниктің алдыңғысына қарағанда басты ерекшелігі – деректерді сақтауға арналған магниттік таспа құрылғысы, борттағы аккумуляторларды зарядтауға арналған күн панельдері, спутниктің айналуын тұрақтандыруға арналған магниттік моментті түзетуші және орбитадағы спутниктің бағытын (қай жаққа қарап тұрғанын) анықтауға арналған 3 осьті флюсгейт магнитометрі болды.
NASA satellite of the Explorer program
Explorer 32, also known as Atmosphere Explorer B (AE B), as a successor to Explorer 17, which it strongly resembled, to directly measure the temperature, composition, density, and pressure of the upper atmosphere. Its main differences from the prior satellite were the addition of a tape recorder for data storage, solar cells to charge onboard batteries, a magnetic torquer to stabilize the satellite's spin, and a 3 axis fluxgate magnetometer for sensing the satellites aspect (facing) in orbit.
Электрондардың температурасы мен тығыздығы
Бұл эксперименттің мақсаты, сыпырылмалы кернеулі электрондық зондты пайдаланып, 10.E3-тен 10.E6 электрон/см³ дейінгі электрон температурасы мен тығыздығының таралуын өлшеу болды.
The objective of this experiment was to measure the distribution of electron temperature and densities from 10. E3 to 10. E6 electrons/cc using a swept voltage electron probe.
Иондық массалық спектрометр
Бұл эксперимент ион түрлерінің жоғарғы ионосферадағы концентрацияларын анықтау мақсатымен жобаланды (атомдық сутегі, гелий, азот және оттегі негізгі түрлері), олардың уақыт, орналасқан жері, сондай-ақ күн және геомагниттік белсенділікке қатысты өзгеруін зерттеу үшін. Спектрометр сенсоры 5 мм тор аралығы бар 3 циклді керамикалық түтікшеден және сыртқы қорғау сақинасынан тұрады. Иондық массаның 12-ден 19-ға дейінгі және 1 мен 4 атомдық масса бірліктерін (u) қамту үшін 3,7 және 9,0 МГц екі радиожиіліктері, трапеция тәрізді сыпыру кернеуімен қолданылды, бұл жоғарғы ионосфераның негізгі иондық құрауыштарын анықтауға мүмкіндік берді. Экспериментті іске қосу 208 секунд ішінде толық массалық сканерлеуден, содан кейін сыпыру кернеуін қайта іске қосудан және жоғары массалық диапазонды екінші рет өлшеуден тұрады. Тоқтату потенциалы және қорғау сақинасының потенциалы спектрометрдің сезімталдығын реттеді, ал әр кернеуді жерден басқаруға болады. Спектрометрге жететін ион тогы шамамен 10 x 1. E6 ион/см³ сезімталдық диапазоны бар бес ондық күшейткіштердің сериясымен өлшенді. Автоматты калибрлеу құрылымы әр іске қосылғанда күшейткіш жүйесіне және сыпыру мониторына екі белгілі сигнал беру үшін бір рет жұмыс істеді. Күшейткіштің сипаттамалары осы импульстарға реакциясы бойынша есептелді. Спектрометр түтігі дерлік шар тәрізді ғарыш аппаратының экваторына орнатылды. Ғарыш аппаратының айналу периоды мен бағыты магниттік түрде басқарылды, сондықтан айналу осі орбита жазықтығына қатысты дерлік перпендикуляр болып қалатын және нәтижесінде спектрометрдің саңылауы әрбір айналымда спутниктің жылдамдық векторымен сәйкес келетін. Айналу жылдамдығы 29 ± 1 айналым/мин құрады. Массалық диапазон айналу периодымен салыстырғанда баяу сканерленгендіктен, ион спектріндегі әрбір шың айналу жиілігімен модуляцияланды, ал ион тогының максималды мәні спектрометр осі мен жылдамдық векторы арасындағы бұрыш ең аз болғанда пайда болды.
This experiment was designed to obtain a description of the concentrations of the ion species in the topside ionosphere (principally atomic hydrogen, helium, nitrogen, and oxygen), as a function of time, location, and solar and geomagnetic activity. The spectrometer sensor consisted of a 5 3 cycle ceramic tube with 5 mm grid spacing and an external guard ring assembly. Two RF frequencies, 3.7 and 9.0 MHz, were used with a trapezoidal shaped sweep voltage to cover the ion mass range 12 to 19, and 1 and 4 atomic mass units (u) assuring detection of the primary ionic constituents of the topside ionosphere. An experiment turn on consisted of one complete mass scan in 208 seconds followed by recycling of the sweep voltage and a second measurement of the high mass range. The stopping potential and the guard ring potential controlled the sensitivity of the spectrometer, and each voltage was commandable from the ground. The ion current reaching the spectrometer was measured by a series of five decade amplifiers with a particle sensitivity range of from about 10 x 1. E6 ions/cc. An automatic calibrator functioned once during each turn on to supply two known signals to the amplifier system and to the sweep monitor. Amplifier characteristics were calculated from the response to these pulses. The spectrometer tube was mounted on the equator of the almost spherically shaped spacecraft. The spacecraft spin period and attitude were magnetically controlled so that the spin axis remained essentially normal to the orbit plane and, consequently, the spectrometer orifice was aligned with the satellite velocity vector once each rotation. The spin rate was 29 ±1 rpm. Since the mass range was scanned slowly compared with the spin period, each peak in the ion spectrum was modulated at the spin frequency, with the ion current maxima occurring when the angle between the spectrometer axis and velocity vector was a minimum.
Нейтралды бөлшекті магниттік массалық спектрометр
Нейтральды (зарядталмаған) атмосфераның құрамын өлшеу үшін екі қос фокустық магниттік массалық спектрометр пайдаланылды. Олардың біреуі сфералық спутниктің экваторына, айналу осіне перпендикуляр орнатылды, ал екіншісі спутниктің үстіне, айналу осіне параллель орнатылды. Нейтральды бөлшектер электронмен бомбалау арқылы иондалды және аспаптың анализатор бөлімінде масса/заряд қатынасы (M/Q) бойынша бөлінді. Әрбір жеті ион түрі үшін бір коллекторлық стақан болды. Электрометр күшейткіші 100 есе айырмашылығы бар екі сезімталдық диапазонына ие болды және жеті коллектордан тізбектеп үлгі алды. Белгілі бір масса мен сезімталдық диапазонында тоқтау уақыты 2,4 секундты құрады. Циклдың он бес 2,4 секундтық қадамдарының алғашқы төртеуі электрометрдің кез келген нөлдік қатесін түзетуге және төмен және жоғары сезімталдықтың нөлдік деңгейлерін жазуға арналды. Ион тогы 2 (молекулалық сутегі), 4 (гелий) және 14 (атомдық азот) үшін жоғары сезімталдықта, ал 28 (молекулалық азот), 32 (молекулалық оттегі), 16 (атомдық оттегі) және 18 (су буы) үшін жоғары және төмен сезімталдықта өлшенді, M/Q сәйкес мәнге тең болды. Бір толық циклдың уақыты 36 секундты құрады. Эксперимент 4 минуттық интервалдармен жұмыс істеуге арналған, осы уақыт ішінде ол жердегі станцияның қабылдауында болғанда нақты уақыт деректерін қайтаратын немесе деректерді қол жетімді болғанша таспаға сақтайтын.
Two double focusing magnetic mass spectrometers were used to measure the composition of the neutral (uncharged) atmosphere between and One was mounted on the equator of the spherical satellite normal to the spin axis, and the other was mounted on the top of the satellite parallel to the spin axis. The neutral particles were ionized by electron bombardment and separated according to mass to charge ratio (M/Q) in the analyzer section of the instrument. There was one collector cup for each of seven different ion species. An electrometer amplifier, which had two sensitivity ranges differing by a factor of 100, sampled the seven collectors sequentially. The dwell time on a specific mass and sensitivity range was 2.4 seconds. The first four of the fifteen 2.4 seconds steps of a cycle were devoted to correcting any zero drift of the electrometer and to recording the low and high sensitivity zero levels. The ion currents were then measured in high sensitivity for M/Q equal to 2 (molecular hydrogen), 4 (helium), and 14 (atomic nitrogen) and in high and low sensitivity for M/Q equal to 28 (molecular nitrogen), 32 (molecular oxygen), 16 (atomic oxygen), and 18 (water vapor). The time for one complete cycle was 36 seconds. The experiment was designed to work in 4 minutes intervals, during which it would return real time data when in range of a ground station, or store the data on tape recorder until one was available.
Қысым өлшегіштер
Үш суық катодты магнитрондық тығыздық өлшегіш (Redhead иондау өлшегіштері), әрқайсысы өз жоғары кернеулі қуат көзімен және шығыс электрометрімен жабдықталған, бейтарап атмосфераның тығыздығын биіктік, уақыт, ендік және күн мен геомагниттік белсенділікке қарай өлшеу үшін ұшырылды. Бір өлшегіш NRC 528 деп, ал қалған екеуі GCA R5 деп белгіленді. Әр атаудан бір өлшегіш спутниктің экваторына орнатылды, ал үшінші өлшегіш экватордан 55° жоғары орнатылды. Металл-керамикалық GCA R5 өлшегіштерінің ішкі магниттік өрісі шамамен 0,1 Т құрады және олардың құрамында анодқа жатқан радиоактивті материал бар, бұл атмосфералық тығыздық төмен болғанда (10-нан кем) жұмыс істеуге мүмкіндік берді. E 17 г/см³) анодтың потенциалы 3500 вольтқа бекітілді. Экваторға орнатылған GCA R5 өлшегішінің шығысы сызықтық диапазонды ауыстыруға болатын электрометрмен жабдықталған, соның арқасында жоғары ажыратымдылықтағы ток өлшемдері алынды. Қалған екі өлшегіштің шығысы логарифмдік электрометрлер арқылы жүзеге асырылды. Барлық электрометрлер қосылған сайын бір рет калибрленді. Өлшемдердің уақыт ажыратымдылығы 2 секундты құрады, бұл спутниктің айналу периодына тең және орбиталық жолдың кеңістіктік ажыратымдылығына сәйкес келеді.
Three cold cathode magnetron type density gauges (Redhead ionization gauges), each with its own high voltage supply and output electrometer, were flown to measure the density of the neutral atmosphere as a function of altitude, time, latitude, and solar and geomagnetic activity. One gauge was designated as NRC 528 and the other two as GCA R5 to reflect different origins. Mounted on the satellite equator was one gauge of each designation, with the third gauge mounted 55° above the equator. The metal ceramic GCA R5 gauges had an internal magnetic field of about 0.1 T and contained radioactive material deposited on the anode to permit operation at low atmospheric densities (less than 10. E 17 g/cc) with the anode potential fixed at 3500 volts. The GCA R5 equatorially mounted gauge had a linear range switchable electrometer output, and high resolution current measurements were obtained. The remaining two gauge outputs were through logarithmic electrometers. All electrometers were calibrated once each turn on. The time resolution of the measurements was 2 seconds, which was equal to the satellite spin period and corresponded to a spatial resolution of along the orbit path.
Спутниктің атмосфералық тығыздығы
Эксплорер 32 ғарыш кемесінің симметриялық пішіні болғандықтан, оны эксперимент жүргізушілер атмосфераның жоғарғы қабатының тығыздығын биіктік, ендік, маусым және күннің активтілігіне қарай анықтау үшін таңдады. Бұл эксперимент ұшырылу алдында жоспарланған болатын. Перигейге жақын тығыздық мәндері ғарыш кемесінің орналасуын оптикалық (Бейкер-Нанн камералар желісі), радио және/немесе радарлық бақылау әдістері арқылы тізбектеп бақылау нәтижесінде шығарылды. Бұл эксперимент нәтижесінде нақты тығыздық мәндері сәтті анықталды.
Because of its symmetrical shape, Explorer 32 was selected by the experimenters for use in determining upper atmospheric density as a function of altitude, latitude, season, and solar activity. This experiment was planned prior to launch. Density values near perigee were deduced from sequential observations of the spacecraft position, using optical (Baker Nunn camera network) and radio and/or radar tracking techniques. This experiment resulted in the successful determination of reasonable density values.
Нәтижелер мен мұра
Барлық миссиялық мақсаттар орындалғаннан кейін, Explorer 32 1966 жылдың желтоқсан айында сәтті деп жарияланды. Спутниктік деректерге негізделген мақалалар алғаш рет 1967 жылдың 17-20 сәуірінде Вашингтон қаласында өткен Америка геофизикалық одағының мәжілісінде ұсынылды, ал қосымша нәтижелер шілдеде Лондондағы COSPAR мәжілісінде баяндалды. Спутник перигейге жақын болғанда, оны жердегі Бейкер-Нанн камераларының желісі бақылап, радио және радар арқылы қадағаланды. Спутниктің атмосфералық кедергі салдарынан орбитасының өзгеруін өлшеу арқылы Explorer 17-ден алынған модельдердің негізінен калибрлеу қателігінен 35%-ға қате екені анықталды. Осылайша, Explorer 32 шамамен 2200 метр биіктіктегі ауа тығыздығының жақсырақ картасын ұсынды. Бұл ақпарат, АҚШ Әуе күштерінің бір уақытта орбитада болған OV3-2 спутнігінің деректерімен біріктірілгенде, одан да пайдалырақ болды.
With all mission objectives achieved, Explorer 32 was declared a success in December 1966. Papers based on satellite data were first presented at the 17 20 April 1967 meeting of the American Geophysical Union in Washington D. C., additional results being reported at London's COSPAR meetings in July. When the satellite was near perigee, it was observed by networks of ground based Baker Nunn cameras, as well as being tracked by radio and radar. By measuring the change of the satellite's orbit due to atmospheric drag, it was determined that the models derived from Explorer 17 had been off by 35%, mostly due to calibration errors. Thus, Explorer 32 afforded a much improved map of air density at an altitude of around This information proved even more useful when combined with the data set of OV3 2, an U. S. Air Force satellite in orbit concurrently.