Введение

Спутник NASA программы Explorer Explorer 32, также известный как Atmosphere Explorer B (AE B), являлся преемником Explorer 17, на который он был очень похож, и предназначался для непосредственного измерения температуры, состава, плотности и давления верхних слоев атмосферы. Основными отличиями от предыдущего спутника были добавление магнитофона для записи данных, солнечных батарей для зарядки бортовых аккумуляторов, магнитного момента для стабилизации вращения спутника и трехкомпонентного магнитометра для определения ориентации спутника на орбите.

Температура и плотность электронов

Целью этого эксперимента было измерение распределения температуры и плотности электронов от 10. E3 до 10. E6 электронов/см³ с использованием электронного зонда с переменным напряжением.

Ионный масс-спектрометр

Этот эксперимент был разработан для получения описания концентраций ионных видов в верхней ионосфере (преимущественно атомного водорода, гелия, азота и кислорода) как функции времени, местоположения, солнечной и геомагнитной активности. Датчик спектрометра состоял из керамической трубки с 5-3 циклом и расстоянием между сетками 5 мм, а также внешнего защитного кольца. Для охвата диапазона ионных масс от 12 до 19 и атомных единиц массы (u) от 1 до 4 использовались две радиочастоты – 3,7 и 9,0 МГц – с трапециевидным напряжением развертки, обеспечивающим обнаружение основных ионных составляющих верхней ионосферы. Включение эксперимента состояло из одного полного сканирования масс за 208 секунд, за которым следовала повторная генерация напряжения развертки и второе измерение диапазона больших масс. Потенциал остановки и потенциал защитного кольца контролировали чувствительность спектрометра, и управление каждым напряжением осуществлялось с Земли. Ионный ток, достигающий спектрометра, измерялся серией из пяти десятичных усилителей с диапазоном чувствительности к частицам от приблизительно 10 x 10⁶ ионов/см³. Автоматический калибратор функционировал один раз при каждом включении, подавая два известных сигнала в систему усилителей и на монитор развертки. Характеристики усилителей рассчитывались на основе их отклика на эти импульсы. Трубка спектрометра была установлена на экваторе почти сферического космического аппарата. Период и ориентация вращения космического аппарата контролировались магнитным способом таким образом, чтобы ось вращения оставалась практически нормальной к плоскости орбиты, и, следовательно, отверстие спектрометра выравнивалось с вектором скорости спутника при каждом обороте. Скорость вращения составляла 29 ± 1 об/мин. Поскольку диапазон масс сканировался медленно по сравнению с периодом вращения, каждый пик в ионном спектре модулировался частотой вращения, при этом максимумы ионного тока достигались, когда угол между осью спектрометра и вектором скорости был минимальным.

Массовый спектрометр нейтральных частиц

Для измерения состава нейтральной (незаряженной) атмосферы между 2000 и 2010 годами использовались два магнитных масс-спектрометра с двойным фокусом. Один был установлен на экваторе сферического спутника перпендикулярно оси вращения, а другой – на верхней точке спутника параллельно оси вращения. Нейтральные частицы ионизировались посредством электронной бомбардировки и разделялись в соответствии с отношением массы к заряду (M/Q) в анализирующей части прибора. Для каждого из семи различных типов ионов была предусмотрена одна коллекторная чашка. Усилитель электрометра, имевший два диапазона чувствительности, отличающихся в 100 раз, последовательно снимал показания с семи коллекторов. Время измерения для определенного значения массы и диапазона чувствительности составляло 2,4 секунды. Первые четыре из пятнадцати 2,4-секундных шагов цикла были посвящены коррекции нулевого дрейфа электрометра и регистрации нулевых уровней при низкой и высокой чувствительности. Затем ионные токи измерялись при высокой чувствительности для M/Q, равных 2 (молекулярный водород), 4 (гелий) и 14 (атомный азот), а при высокой и низкой чувствительности – для M/Q, равных 28 (молекулярный азот), 32 (молекулярный кислород), 16 (атомный кислород) и 18 (водяной пар). Время одного полного цикла составляло 36 секунд. Эксперимент был разработан для работы с 4-минутными интервалами, в течение которых он передавал данные в реальном времени при нахождении в зоне действия наземной станции, или сохранял данные на магнитофонную ленту до появления возможности передачи.

Измерители давления

Три холоднокатодных магнитронных датчика плотности (Redhead ionization gauges), каждый со своим собственным источником высокого напряжения и выходным электрометром, были установлены на борту для измерения плотности нейтральной атмосферы в зависимости от высоты, времени, широты, а также солнечной и геомагнитной активности. Один датчик был обозначен как NRC 528, а два других – как GCA R5, чтобы отразить их разное происхождение. На экваторе спутника был установлен по одному датчику каждой маркировки, а третий датчик был установлен на 55° выше экватора. Металлокерамические датчики GCA R5 имели внутреннее магнитное поле около 0,1 Т и содержали радиоактивный материал, нанесенный на анод, что позволяло им работать при низких плотностях атмосферы (менее 10.E17 г/см³) при фиксированном потенциале анода 3500 вольт. Экваториально установленный датчик GCA R5 имел выходной электрометр с переключаемым линейным диапазоном, что позволило получить измерения тока с высоким разрешением. Выходные сигналы двух других датчиков поступали через логарифмические электрометры. Все электрометры калибровались при каждом включении. Временное разрешение измерений составляло 2 секунды, что соответствовало периоду вращения спутника и пространственному разрешению вдоль орбиты.

Плотность атмосферы спутника

Из-за своей симметричной формы, Explorer 32 был выбран исследователями для определения плотности верхних слоев атмосферы в зависимости от высоты, широты, сезона и солнечной активности. Этот эксперимент был спланирован до запуска. Значения плотности вблизи перигея были получены на основе последовательных наблюдений за положением космического аппарата с использованием оптических (сеть камер Бейкера-Нанна), радио- и/или радиолокационных методов слежения. В результате этого эксперимента было успешно определено достоверное значение плотности.

Результаты и наследие

После достижения всех целей миссии, "Эксплорер-32" был признан успешным в декабре 1966 года. Результаты, основанные на данных, полученных со спутника, были впервые представлены на встрече Американского геофизического союза 17-20 апреля 1967 года в Вашингтоне, округ Колумбия, а дополнительные результаты – на заседаниях COSPAR в Лондоне в июле. Когда спутник приближался к перигею, его наблюдали сети наземных камер Бейкера-Нанна, а также осуществляли радио- и радиолокационный контроль. Измеряя изменение орбиты спутника из-за атмосферного торможения, было установлено, что модели, разработанные на основе данных "Эксплорер-17", оказались неточными на 35%, главным образом из-за ошибок калибровки. Таким образом, "Эксплорер-32" позволил получить значительно более точную карту плотности воздуха на высоте около 100 метров. Эта информация оказалась еще более ценной при совмещении с данными, полученными со спутника OV3-2, принадлежащего ВВС США и находившегося на орбите одновременно.