Введение
Спутник НАСА программы "Эксплорер" "Эксплорер-6", или S 2, был запущен 7 августа 1959 года в 14:24:20 по Гринвичу. Это был небольшой сфероидальный спутник, предназначенный для изучения захваченного излучения различных энергий, галактических космических лучей, геомагнетизма, распространения радиоволн в верхних слоях атмосферы и потока микрометеоритов. Он также использовался для испытаний сканирующего устройства, предназначенного для фотографирования облачного покрова Земли. 14 августа 1959 года "Эксплорер-6" сделал первые фотографии Земли из космоса.
Explorer 6, or S 2, was a NASA satellite, launched on 7 August 1959, at 14:24:20 GMT. It was a small, spheroidal satellite designed to study trapped radiation of various energies, galactic cosmic rays, geomagnetism, radio propagation in the upper atmosphere, and the flux of micrometeorites. It also tested a scanning device designed for photographing the Earth's cloud cover. On 14 August 1959, Explorer 6 took the first photos of Earth from a satellite.
Маяк (108 и 378 МГц)
Эксперимент измерял плотность электронов вблизи спутника. Наблюдательное оборудование состояло из двух когерентных передатчиков, работающих на частотах 108 и 378 МГц. Регистрировались разностная частота Доплера и изменение вращения Фарадея сигнала 108 МГц. Сигналы с приемной станции на Гавайях принимались в течение 20–70 минут во время каждого из восьми проходов на протяжении 11 дней. Значительное затухание и сильная магнитная буря затруднили интерпретацию данных. Прекращение работы 378-МГц маяка-передатчика положило конец эксперименту.
Магнетометр флюксгейт
Для измерения компоненты магнитного поля, параллельной оси вращения аппарата, использовался магнитометр на эффекте поточного затвора. Измерения, в сочетании с данными, полученными поисковой катушкой магнитометра (измерявшей компоненту окружающего поля, перпендикулярную оси вращения аппарата), и датчиком ориентации, предназначались для определения направления и величины окружающего магнитного поля. Планировалось проводить измерения на высотах до 8 радиусов Земли, однако из-за постоянных многополярных возмущений внутри аппарата магнитометр на эффекте поточного затвора насытился и перестал выдавать данные. Таким образом, информация была доступна только от поисковой катушки и датчика ориентации.
Ионная камера и счетчик Гейгера-Мюллера
Приборы для этого эксперимента состояли из интегрирующей ионизационной камеры типа Нехера и трубки Антона 302 Гейгера-Мюллера (GM). Из-за сложной неоднородной защиты детекторов были доступны только приблизительные значения энергетических порогов. Ионизационная камера всенаправленно реагировала на электроны и протоны с энергиями более 1,5 и 23,6 МэВ соответственно. Трубка ГМ всенаправленно реагировала на электроны и протоны с энергиями более 2,9 и 36,4 МэВ соответственно. Регистры ГМ-трубки и импульсы ионизационной камеры накапливались в отдельных регистрах и передавались телеметрической аналоговой системой. Время, прошедшее между первыми двумя импульсами ионизационной камеры после передачи данных, и время накопления 1024 импульсов ГМ-трубки передавались телеметрически в цифровом виде. Фактически было передано очень мало цифровых данных. Ионизационная камера работала в нормальном режиме с момента запуска до 25 августа 1959 года. Трубка ГМ работала в нормальном режиме с момента запуска до 6 октября 1959 года.
Микрометеорит
Для получения статистики по потоку импульса и вариациям потока микрометеоритов использовался детектор микрометеоритов (спектрометр импульса микрометеоритов), в котором в качестве чувствительных элементов использовались пьезоэлектрические кристаллические микрофоны. Несмотря на то, что импульсы были зарегистрированы, эксперимент не принес научных результатов.
Пропорциональный телескоп
Для наблюдения протонов (с E>75 МэВ) и электронов (с E>13 МэВ) в области захваченного излучения Земли использовался тройной всенаправленный пропорциональный счетчик-телескоп. Научная цель телескопов заключалась в определении некоторых свойств высокоэнергетического излучения в межпланетном пространстве, включая соотношение между количеством отсчетов, вызванных рентгеновскими лучами, и отсчетов, вызванных протонами и другими высокоэнергетическими частицами. Сравнение с результатами, полученными с помощью Камеры ионизации космических лучей, позволяет определить тип и энергию частиц, ответственных за измерения. Каждый телескоп состоит из семи пропорциональных счетчиков, шесть из которых расположены в концентрическом кольце вокруг седьмого, проходящего параллельно их длине. Эти пучки счетчиков лежат на боку, выступая через верхнюю часть одного из блоков оборудования в шестиугольном основании Ranger 1. Три внешних счетчика обращены в космос, а три направлены в блок оборудования. Каждая группа из трех счетчиков электрически соединена и подключена к импульсному усилителю и формирователю импульсов. Центральный счетчик подключен к своей собственной эквивалентной схеме. Два телескопа были обозначены как телескоп "низких энергий" и телескоп "высоких энергий", отличающиеся только количеством и конфигурацией экранирования. Счетчики в телескопе высоких энергий представляли собой латунные трубки длиной 3 дюйма и диаметром 0,5 дюйма с толщиной стенки 0,028 дюйма. Вся конструкция окружена свинцовым экраном толщиной 5 г/см². Устройство низких энергий имеет счетчики того же размера, но изготовленные из стали с толщиной стенки 0,508 ± 0,0025 мм. Половина конструкции имеет свинцовое экранирование толщиной 5 г/см² по всей длине счетчиков. Неэкранированная половина конструкции является открытой частью, до которой частицы могут достигать, не встречая конструкционных материалов космического аппарата, что обеспечивает угловое разрешение менее 180° для частиц низких энергий. Телескоп низких энергий может обнаруживать протоны с энергией, превышающей или равной 10 МэВ, и электроны с энергией, превышающей или равной 0,5 МэВ. Телескоп высоких энергий обнаруживает протоны с энергией 75 МэВ и выше и электроны с энергией 13 МэВ и выше в тройном совпадении, а также тормозное излучение с энергией выше 200 кэВ в центральном счетчике. Когда частица проходит через пучок счетчиков, электронная схема определяет, какие группы были пронизаны. Если импульс поступает от всех трех групп одновременно – это тройное совпадение – то частица была высокоэнергетической, а не низкоэнергетической или рентгеновской. События тройного совпадения регистрируются вместе с одиночными отсчетами из центрального счетчика для определения отсчетов, связанных с источниками высокой и низкой энергии. Скорость счета телескопа высоких энергий позволяет корректировать данные телескопа низких энергий, чтобы можно было рассчитать поток частиц, падающих на неэкранированную часть устройства низких энергий. Сравнение данных с телескопа низких энергий и Камеры ионизации космических лучей (оба обнаруживают частицы в одном энергетическом диапазоне) позволяет определить среднюю ионизацию на частицу, из которой можно определить тип и энергию частицы. Во время активного периода эксперимента произошло несколько магнитных бурь. Дата передачи последней полезной информации – 6 октября 1959 года, после чего передатчик перестал работать.
Счетчик сцинтилляции
Эксперимент со сцинтилляционным счетчиком был разработан для непосредственного наблюдения электронов в радиационных поясах Земли с помощью детектора, нечувствительного к тормозному излучению. Этот эксперимент состоял из цилиндрического пластикового сцинтиллятора, закрепленного на фотоумножающей трубке. Прибор осуществлял обзор космоса через окно, покрытое фольгой, в корпусе полезной нагрузки, однако прибор также реагировал на более энергичные частицы, проникающие через корпус полезной нагрузки. Минимальные обнаруживаемые энергии составляли 200 кэВ для электронов и 2 МэВ для протонов. Для электронов с энергией от 200 до 500 кэВ эффективность детектора, умноженная на всенаправленный геометрический фактор, составляла 0,0008 см² на электрон, а для электронов с энергией более 500 кэВ – 0,16 см² на электрон. Для частиц с высокой проникающей способностью геометрический фактор достигал максимального значения 3,5 см². Сцинтилляционный счетчик регистрировался непрерывно для аналоговой передачи и периодически (каждые 2 минуты, 15 секунд или 1,9 секунды, в зависимости от скорости передачи данных со спутника) для цифровой передачи. Передатчик, осуществлявший аналоговую передачу данных в рамках этого эксперимента, вышел из строя 11 сентября 1959 года. Данные с ограниченным коэффициентом полезного действия принимались от цифрового передатчика до начала октября 1959 года.
Магнетометр с поисковой катушкой
Этот эксперимент был разработан для исследования общего магнитного поля Земли, изучения межпланетного магнитного поля и поиска свидетельств существования лунного магнитного поля. Однако из-за низкой апогейной высоты космического аппарата измерить межпланетное или лунное магнитные поля не удалось. Прибор был аналогичен установленному на "Пионере-1" и состоял из одной поисковой катушки, ориентированной для измерения магнитной компоненты, перпендикулярной оси вращения аппарата. Диапазон измерений прибора составлял от 0,6 нТ до 1200 нТ. Калибровка в полёте не проводилась. Наблюдалось некоторое ухудшение качества телеметрического сигнала из-за влияния ионосферы. Недостаточное количество наземных наблюдений за электронной плотностью ионосферы не позволило скорректировать данные с учётом этих эффектов. Эксперимент обеспечивал как цифровой, так и аналоговый выход сигнала. Амплитуда и фаза магнитометра непрерывно регистрировались для аналоговой передачи и дискретно (каждые 2 минуты, 15 секунд или 1,9 секунды, в зависимости от скорости передачи данных со спутника) – для цифровой. Магнитометр функционировал до потери телеметрического сигнала в начале октября 1959 года.
Телевизионный оптический сканер
Телевизионный оптический сканер, использованный в полете, был улучшенной версией телевизионной системы, впервые примененной на "Пионере-2". Эксперимент состоял из оптического блока, содержащего вогнутое сферическое зеркало и фототранзистор, видеоусилителя, схем синхронизации и логики, а также телеметрии. Эксперимент был разработан для оценки возможности использования подобного оборудования для получения фотографий дневного облачного покрова с низким разрешением. Сканер также послужил предшественником телевизионных камер, установленных на более поздних, более совершенных спутниках. Оптическая ось сканера была направлена под углом 45° к оси вращения космического аппарата, которая была параллельна орбитальной плоскости. Вращение аппарата обеспечивало построчное сканирование, а движение космического аппарата по траектории – кадровое. Во время сканирования (один оборот аппарата) одно сканирующее пятно (элемент) на Земле просматривалось и передавалось обратно на Землю. Во время следующего оборота сканировалось соседнее пятно. Эта процедура повторялась до формирования линии из 64 таких пятен. Затем процесс повторялся для формирования смежной линии элементов и так далее, пока не формировалось изображение (кадр). Система могла получать полезные фотографии только при таких скоростях и орбитальных положениях аппарата, когда последовательные линии перекрывались. (Например, в апогее телевизионные линии были разделены расстоянием, приблизительно равным их длине, и, следовательно, получить значимое изображение было невозможно). Данные, полученные в ходе этого эксперимента, ограничены и имеют крайне низкое качество. Добиться правильной ориентации аппарата не удалось, что привело к значительному количеству пустых областей между последовательными линиями сканирования. Логические схемы сканера также работали некорректно (воспроизводилось только каждое четвертое сканирующее пятно), что еще больше снизило разрешение. Последние полезные данные были получены 25 августа 1959 года.
Приемник VLF (15,5 кГц)
Этот приёмник очень низких частот (VLF) был разработан для изучения распространения волн в режиме Уистлера и ионосферного шума на сигналах частотой 15,5 кГц, передаваемых из Аннаполиса, штат Мэриленд. Сигналы принимались небольшой электрической антенной, которая одновременно использовалась для передачи телеметрии в очень высокой частотной (VHF) полосе. Наблюдалась интенсивность сигнала в полосе пропускания 3 дБ, равной 100 Гц, вместе с импедансом антенны. Динамический диапазон приёмника составлял около 80 дБ. Эксперимент работал от момента запуска до высоты примерно 160 км, после чего произошел отказ. С антенной, сложенной для запуска, приёмник записывал все данные с чувствительностью, сниженной примерно на 30 дБ. На определенной высоте сигналы затерялись в фоновом шуме. Однако, благодаря специальным методам, данные оставались полезными вплоть до .
Запуск
Спутник был запущен на высокоэллиптическую орбиту 7 августа 1959 года в 14:24:20 по Гринвичу. Запуск произошел в зоне падения ракет Атлантического полигона (AMR DZ). Высота, широта и долгота точки падения составили соответственно 29° северной широты и 79° западной долготы. Bold Orion успешно перехватил спутник Explorer 6, пройдя мимо цели на расстоянии менее и на высоте .
Миссия
Спутник был стабилизирован вращением со скоростью 2,8 оборота в секунду (rps), при этом направление оси вращения имело прямое восхождение 217° и склонение 23°. Четыре солнечные панели, установленные вблизи экватора, подзаряжали аккумуляторные батареи во время пребывания на орбите. Каждый эксперимент, за исключением телевизионного сканера, имел два выхода: цифровой и аналоговый. Для передачи цифровой телеметрии и телевизионного сигнала использовался ультравысокочастотный (УВЧ) передатчик. Для передачи аналогового сигнала использовались два передатчика с очень высокой частотой (VHF). Передатчики VHF работали непрерывно, а УВЧ-передатчик – всего несколько часов в день. Только три из солнечных панелей полностью раскрылись, причем это произошло во время разгона вращения, а не до него, как планировалось. В результате, начальная мощность источника питания полезной нагрузки составила 63% от номинальной и со временем уменьшалась. Снижение мощности привело к ухудшению отношения сигнал/шум, что повлияло на большую часть данных, особенно вблизи апогея. Один из передатчиков VHF вышел из строя 11 сентября 1959 года, а последний сеанс связи с полезной нагрузкой состоялся 6 октября 1959 года, когда ток зарядки от солнечных панелей упал ниже необходимого для поддержания работы спутникового оборудования. Орбита спутника прекратила существование 1 июля 1961 года. Всего было получено 827 часов аналоговых и 23 часа цифровых данных.