Введение
Седьмой спутник программы "Эксплорер"
Описание спутника
Внешняя структура спутника, стабилизированного вращением, состояла из двух усеченных конических оболочек из стекловолокна, соединенных цилиндрической алюминиевой центральной секцией. Космический аппарат имел ширину на экваторе и высоту около с массой полезной нагрузки около . Космический аппарат питался примерно 3000 солнечными элементами, установленными как на верхней, так и на нижней оболочках. Дополнительное питание обеспечивали 15 перезаряжаемых никель-кадмиевых батарей, расположенных на экваторе вблизи внешней обшивки для поддержания оптимальной скорости вращения. Две перекрещенные дипольные телеметрические антенны (1 Вт, 20 МГц) выступали наружу от центральной секции, а антенна 108 МГц, использовавшаяся для слежения, была установлена на нижней стороне нижней оболочки. Вокруг периферии центральной секции располагались пять болометров для измерения теплового излучения и три детектора микрометеоритов на основе сульфида кадмия. Цилиндрическая ионная камера (с окном из фторида лития) и рентгеновская камера с бериллиевым окном располагались на противоположных сторонах верхнего конуса, а счетчик Гейгера космических лучей – на самой вершине. Основная камера ионизации космических лучей находилась в центральной части верхнего конуса. Связь и слежение обеспечивались передатчиком 108 МГц мощностью 15 мВт, рассчитанным на работу в течение 2 месяцев, и передатчиком 20 МГц мощностью 600 мВт, питаемым от солнечных элементов и предназначенным для отключения примерно через год.
Тяжелые первичные космические лучи
Этот эксперимент был разработан для измерения всенаправленного потока тяжелых первичных космических лучей в диапазоне жесткости от 1 до 15,5 ГэВ. Частицы с атомными номерами Z > 5, Z > 8 и Z > 15 подсчитывались раздельно с помощью ионизационной камеры, в которой каждая входящая частица генерировала импульс. Амплитуда импульса существенно не зависела от энергии входящей частицы, но была пропорциональна квадрату ее значения Z. Каждая из трех частот счета регистрировалась каждые 15 секунд. Эксперимент выполнялся по плану с момента запуска до 25 октября 1959 года. Около 80% данных, полученных в период с 25 октября 1959 года по 31 мая 1960 года, оказались полезными, при этом большинство проблем возникало в режиме с наименьшим Z. После 31 мая 1960 года было получено очень мало полезных данных.
Микрометеорит
Для измерения проникновения микрометеоритов и молекулярного распыления использовались три фотопроводящих ячейки сульфида кадмия. Все три ячейки были идентичны по конструкции и эффективной площади (18 кв. мм) и были установлены на магниевой пластине на экваторе спутника, направленной наружу перпендикулярно оси вращения спутника. В течение 38 дней активной работы эксперимент подвергался воздействию космической среды, включающей микрометеориты, захваченное излучение и распыление. Все три ячейки и терморезистор, являвшийся частью эксперимента, функционировали нормально. На 16-й день одна ячейка была пробита частицей диаметром около 10 микрон.
Солнечные рентгеновские лучи и Лайман-Альфа излучение
Солнечные рентгеновские лучи и лиман-альфа излучение измерялись с помощью газовых ионизационных камер, установленных на противоположных сторонах верхней части двойной конусной конструкции спутника Explorer 7. Интенсивность контролировалась для получения долгосрочной истории потоков солнечных рентгеновских лучей и лиман-альфа излучения, а также для сопоставления этих потоков с реакциями земной атмосферы. Два рентгеновских детектора (глубокие) были заполнены аргоновым газом и имели бериллиевые окна (0,021 г/см²), что обеспечивало чувствительность к рентгеновским лучам в диапазоне 2–8 Å. Детекторы лиман-альфа излучения (на противоположной стороне), представлявшие собой круговые ионизационные камеры (в диаметре), были заполнены оксидом азота и имели окна из фторида лития. Их чувствительность охватывала интервал 1050–1350 Å. Однако интерпретировать данные в терминах входящего солнечного излучения оказалось невозможно из-за насыщения электронных схем детекторов излучением Ван Аллена (электроны 150 кэВ) и проблем с электронным усилением в обратной связи.
Тепловое излучение
Эксперимент по измерению теплового излучения на борту Explorer 7 был разработан для измерения входящего и отраженного солнечного ультрафиолетового излучения, а также исходящего от Земли инфракрасного излучения с целью лучшего понимания движущих сил системы атмосферы Земли. Основной инструментарий состоял из пяти болометров в форме полых серебряных полусфер, которые были теплоизолированы от, но находились в непосредственной близости от специально алюминированных зеркал. Таким образом, полусферы вели себя подобно изолированным сферам в пространстве. Два полушария имели черное покрытие и примерно одинаково реагировали на солнечное и земное излучение. Третье полушарие, покрытое белым, было более чувствительно к земному излучению, чем к солнечному. Четвертое, с золотой металлической поверхностью, было более чувствительно к солнечному излучению, чем к земному. Пятое полушарие, защищенное от прямого солнечного света, использовалось для измерения отраженного солнечного света. На вершине каждого полушария был установлен терморезистор с стеклянной оболочкой для измерения температуры. Полный набор, включающий четыре измерения температуры и один контрольный образец, занимал 30 секунд. Таким образом, на каждой орбите можно было получить около 180 измерений температуры. Эксперимент был успешным, и полезные данные были получены с момента запуска до 28 февраля 1961 года. Важно отметить, что на борту также находился плоский пластинчатый радиометр доктора Вернера Э. Суоми, усовершенствованный при помощи Роберта Парента, который впервые выполнил измерения радиационного бюджета Земли из космоса и положил начало эре спутниковых исследований климата. Он создал первые приблизительные карты "солнечного излучения, отраженного Землей, и инфракрасного излучения, испускаемого Землей". Используя как спутниковые наблюдения за тепловым балансом Земли, так и скорости охлаждения атмосферы, измеренные с помощью нетто-флюкс радиозондов, Суоми установил важную роль облаков в поглощении излучаемой солнечной энергии. Эти наблюдения показали, что энергетический бюджет Земли значительно меняется под влиянием облаков, поверхностного альбедо и других поглощающих компонентов. Используя эти инструменты, Суоми и его команда обнаружили, что Земля поглощает больше энергии Солнца, чем предполагалось ранее, и продемонстрировали возможность измерения и количественной оценки сезонных изменений в глобальном тепловом бюджете. Explorer 7 не смог обнаружить солнечное рентгеновское излучение из-за насыщения его датчиков фоновым излучением в радиационном поясе Ван Аллена.
Застрявшее излучение и солнечные протоны
Два всенаправленных счетчика Гейгера (Антон 302 и 112) использовались для комплексного пространственного и временного мониторинга общей интенсивности космических лучей, геомагнитно захваченного корпускулярного излучения и солнечных протонов. Детектор был чувствителен к протонам (E > 20 МэВ) и электронам (E > 30 кэВ). Эксперимент функционировал нормально с момента запуска до 28 февраля 1961 года, за исключением кратковременного периода в сентябре и октябре 1960 года.
Запуск
Запуск был первоначально запланирован на конец сентября 1959 года, но миссия была отложена на неделю после того, как испытание баллистической ракеты Jupiter на соседней стартовой площадке закончилось неудачей вскоре после взлета, в результате чего обломки попали в ракету-носитель Explorer 7. Однако повреждения ракеты-носителя были незначительными и могли быть легко устранены. Explorer 7 был запущен с помощью Juno II в 15:31 GMT 13 октября 1959 года с ракетного полигона Атлантики на орбиту. 16 июня 1960 года NASA объявило, что один из четырех частотно-модулированных субнесущих на втором передатчике стал работать нестабильно, и информация, передаваемая им по 3 из 7 экспериментов, стала неразборчивой. Сигнальный маяк прекратил передачу 5 декабря 1959 года. По состоянию на сентябрь 1960 года орбита имела наклон 50,3° и период обращения 101,2 минуты. Полезные данные в реальном времени передавались с момента запуска до февраля 1961 года и эпизодически до 24 августа 1961 года. Космический аппарат предоставил важную геофизическую информацию о радиации и магнитных бурях, продемонстрировал методы контроля внутренней температуры, зарегистрировал первое проникновение микрометеорита в датчик в полете и обнаружил крупномасштабные погодные системы.