Приветствую Вас мои уважаемые читатели, и любители всего космического!
В последние годы наблюдается растущий интерес к использованию миниатюрных спутников запускаемых на орбиту Земли, а также для исследования Луны и других планет.
Использование миниатюрных спутников для исследования Луны вряд ли является чем-то новым. Первый успешный американский лунный зонд, "Пионер-4", запущенный в марте 1959 года был массой всего шесть килограмм, и по сегодняшним меркам скорее являлся наноспутником, однако он выполнил важные научные исследования во время своего пролета мимо Луны. Планировщики научных миссий в наше время могут извлечь много уроков из этих ранних полетов, которые были выполнены с использованием технологий, которые были гораздо более примитивными, чем те, что доступны сегодня. Одной из малоизвестных лунных миссий, в которых участвовали миниатюрные спутники, был субспутник программы "Аполлон" Particles and Fields Subsatellite - PFS, запущенный в начале 1970-х годов.
Спутник PFS был небольшой частью расширенного набора научных инструментов, установленных для миссий "Аполлон" серии J, начиная с "Аполлон-15". Целью спутника PFS было изучение характеристик магнитного поля, а также плазмы и интенсивности потока солнечных частиц с высоты лунной орбиты с периодом обращения около двух часов. Эти измерения должны были дополнять те, которые проводились на лунной поверхности с использованием инструментов ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiment Packages), оставленных на Луне астронавтами "Аполлонов" а также со спутника "Эксплорер-35" (также известного как Anchored Interplanetary Monitoring Platform 2). Для достижения этих целей каждый спутник PFS проводил три эксперимента.
Первый эксперимент был назван - "Эксперимент S-173". Инструментами для этого эксперимента были два твердотельных датчика, предназначенные для измерения электронов и протонов, и набор из пяти электростатических анализаторов для измерения электронов с более низкой энергией. Этот набор инструментов мог измерять кинетическую энергию электронов в девяти интервалах в диапазоне от 0,53 до 300 кэВ и протонов в шести интервалах в диапазоне от 40 кэВ до 6 МэВ.
Вторым экспериментом, стал "Эксперимент S-174". Его датчик представлял собой магнитометр, способный измерять магнитные поля с плотностью потока в ±200 нанотесла с разрешением до 0,4 нТл.
Последним экспериментом стал "Эксперимент S-164" "S-Band Transponder". В ходе этого эксперимента спутник должен был ретранслировать точный сигнал, сгенерированный на Земле эталоном цезия, отправленный на него с частотой 2,115 ГГц. Время полета спутника позволило определить его положение, в то время как доплеровские измерения позволили измерить его скорость с точностью до 6,5×10-4 метра в секунду. С помощью этой информации можно было определить орбиту спутника, что позволило бы охарактеризовать лунное гравитационное поле.
Спутник PFS, был спроектирована и построен компанией TRW, он представлял собой шестиугольную призму длиной 78 см с поперечным сечением около 36 см и массой 36 килограмм. Каждая из его шести длинных граней была покрыта солнечными батареями, которые вырабатывали 25 ватт электроэнергии которая шла на подзарядку 11 серебряно-кадмиевых батарей, питавших системы спутника.
На одном конце спутника было три развертываемых штанги длиной 1,83 метра, одна из которых несла датчик магнитометра. Поскольку спутник не имел активной системы ориентации, он стабилизировался вращением. Спутник запускался со скоростью 1,2 метра в секунду из научно-приборного отсека (SIM) командно-служебного модуля "Аполлон" по команде астронавтов, с помощью пружины сжатия, которая также придавала спутнику начальное вращение со скоростью 140 оборотов в минуту. После того, как спутник развертывал свои штанги, скорость вращения снижалась до 12 оборотов в минуту. Спутник был точно ориентирован таким образом, чтобы ось его вращения была выровнена перпендикулярно плоскости эклиптики с точностью около 1°. Гаситель колебаний внутри спутника устранял прецессионные и нутационные колебания спутника, возникавшие в результате его выброса из отсека и раскрытия штанг.
Спутник был способен передавать данные со скоростью 128 бит в секунду через свою антенну. Поскольку цели экспериментов спутника PFS требовали сбора данных из любой точки на орбите Луны, спутник включал в себя память на магнитном сердечнике с емкостью хранения 49 152 бит, которая могла быть записана в реальном времени со скоростью 8 или 16 бит в секунду, что позволяло записывать данные при полете на протяжении всей орбиты или ее половине. Ожидаемый срок эксплуатации спутника составлял один год.
Первый субспутник, PFS-1, был запущен с борта "Аполлона-15". PFS-1 был развернут в 21:00:31 по Гринвичу 4 августа 1971 года после того, как "Аполлон-15" завершил все свои операции и готовился к возвращению на Землю. Его первоначальная орбита вокруг Луны составляла 102 на 139 километров с наклонением к экватору Луны 28,5°.
На следующий день после развертывания начался процесс активации экспериментов на спутнике PFS-1 и он начал собирать данные. Из-за возмущений от неоднородного гравитационного поля Луны, орбита PFS-1 медленно менялась с течением времени, но он оставался на безопасной высоте над поверхностью Луны. Сбои двух телеметрических каналов 4 и 26 февраля 1972 года сократили способность спутника передавать данные и вывели из строя эксперимент с магнитометром. Уцелевшие каналы передачи данных периодически контролировались до июня 1972 года. Миссия спутника была окончательно прекращена 22 января 1973 года - через 537 дней после его запуска с "Аполлона-15" и через месяц после завершения последней лунной миссии "Аполлон-17". Считается, что спутник PFS-1 в конечном итоге столкнулся с поверхностью Луны.
Второй субспутник, PFS-2, был запущен 16 апреля 1972 года с борта "Аполлон-16". Из-за проблемы с резервным управлением вектора тяги основного двигателя командно-служебного модуля окончательный маневр по формированию орбиты перед запуском спутника PFS-2 не мог быть выполнен. В результате 24 апреля в 21:56:09 по Гринвичу он был выведен на далеко не идеальную орбиту размером 90 на 130 километров с наклоном 10° к лунному экватору.
В отличие от своего собрата, орбита PFS-2 очень быстро изменилась в течение нескольких дней, и всего через две с половиной недели нахождения на орбите он приблизилась к поверхности Луны на расстояние 10 километров. Слежение за спутником показало, что на своем 416-м обороте PFS-2 приблизилась на расстояние 5 километров к поверхности на обратной стороне Луны. На своем 425 обороте 29 мая 1972 года спутник врезалась в поверхность Луны. PFS-2 пробыл на лунной орбите всего 34 дня вместо запланированного года.
Последующее изучение необычного лунного гравитационного поля, которое, по иронии судьбы, было подтверждено непреднамеренными проходами спутника PFS-2 на малых высотах, показало, что возмущения от концентраций массы (называемых «масконами») привели к тому, что орбита PFS-2 изменилась быстрее, чем это ожидалось. Первые масконы были впервые обнаружены в 1966 году советской АМС "Луна-10" , позже они были грубо закартированны путем отслеживания орбит спутников НАСА Lunar Orbiter в течение последующих нескольких лет, однако полное их влияние на изменение эксцентриситета низкоорбитальных лунных спутников было полностью оценено намного позже.
В конце концов было обнаружено, что существует четыре особых наклонения орбит, так называемые "замороженные орбиты", эксцентриситет которых не изменяется под действием масконов, это 27°, 50°, 76° и 86°, а также соответствующие им ретроградные орбиты. По воле случая спутник PFS-1 был выведен на орбиту с наклонением близким к одному из этих значений, поэтому он оставался на орбите гораздо дольше, чем PFS-2.
В дополнение к картографированию лунного гравитационного поля, пара спутников PFS также собрала много полезных данных о заряженных частицах и магнитных полях вокруг Луны. Например, в отличие от Земли с ее сильным магнитным полем, которое отклоняет поток заряженных частиц, идущих от Солнца, называемый солнечным ветром, Луна, по сути, пробивает дыру в потоке, физически блокируя его. Также были обнаружены остатки древнего магнитного поля Луны. Наличие одной особенно сильной магнитной аномалии было отмечено на обратной стороне Луны, недалеко от кратера под названием Ван де Грааф.
В связи с растущим интересом к исследованию космоса за пределами околоземной орбиты с помощью миниатюрных космических аппаратов, уроки, извлеченные из миссий PFS, будут полезны и для планирования будущих исследовательских миссий.
Ну а на сегодня у меня всё! Спасибо за внимание!