http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-12-21
盘点美圣杯月球探测器搭载的科学仪器
艺术概念图，展示了美国宇航局的两颗“圣杯”探测器
新浪科技讯 北京时间12月17日，据美国宇航局官方网站报道，美国宇航局的两颗“圣杯”探测器——“圣杯-A”号和“圣杯-B”号——体积与一台洗衣机相当，重量大约在200公斤左右。它们是一对双胞胎兄弟，彼此将天线对准对方。由于这个原因，它们的MoonKAM(中学生月球知识获取系统的英文首字母缩写)位置存在差异，用于控制高度的星象跟踪仪和用于测量彼此间距离变化的天线的角度也不同。在环绕月球飞行时，两颗探测器一前一后编队飞行，“圣杯-A”号跟在“圣杯-B”号后面。
“圣杯”探测器在设计上立基于美国空军的实验小卫-11技术验证任务和宇航局火星侦察轨道器的航天电子设备。高度控制子系统提供三轴稳定控制，由一个阳光传感器、星象跟踪仪、反应轮和惯性测量装置构成。
“圣杯”探测器的电力子系统包括两个太阳能电池板和一块锂离子电池。每个太阳能电池板能够在任务结束时产生700瓦电量。它们在探测器脱离运载火箭后不久展开，整个任务期间固定不动。锂离子电池的容量为30安培小时，负责探测器穿过月球阴影时提供电量。“圣杯”探测器的推进系统包括一台肼催化推进器以及一个温暖气体系统，前者用于进入月球轨道和变轨，后者装有8个推进器阀门，用于控制高度和其他小幅度机动。
远程通讯子系统包括以下天线：
1.两条S波段异频雷达收发机天线，用于与地球进行通讯
2.两条X波段信标天线，用于从地球对月球近侧进行多普勒测距
3.S波段时间传递系统天线，用于两颗探测器之间发送和接收时间同步代码
4.Ka波段测距天线，用于精确测量两个探测器之间的距离
两条S波段异频雷达收发机天线一条安装在“圣杯”探测器向阳一侧，另一条安装在阴面。向阳一侧的天线在满月时对准地球，阴面的天线在新月时对准地球。这一系统省去了任务执行期间通过机械方式旋转天线的需要。旋转天线将改变探测器的重心，对科学测量造成干扰。
科学仪器
每个“圣杯”探测器搭载两个有效负荷，分别是月球引力测距系统(LGRS)这台科学仪器，以及用于教育和公众宣传的月球成像系统MoonKAM。月球引力测距系统立基于重力恢复与气候试验任务(GRACE)的仪器。2002年以来，GRACE便对地球引力进行测绘。
月球引力测距系统负责传输和接收用于精确测量两颗探测器间距离变化所需的数据。这一系统包括超稳定振荡器(USO)、微波装置(MWA)、时间传递装置(TTA)和重力恢复处理器(GPA)。超稳定振荡器为所有子系统提供稳定的参考信号。月球引力测距系统为微波装置和时间传递装置提供基准频率。微波装置负责将超稳定振荡器的参考信号转换成Ka波段频率，后者将信号传输给另一颗探测器。
时间传递装置的功能是，在两颗探测器之间形成一个双向时间传递链条，与月球引力测距系统的两个时钟同步并测量时钟偏差。时间传递装置产生来自于超稳定振荡器基准频率的S波段信号，向另一颗探测器传输类似GPS的测距码。重力恢复处理器将从微波装置和时间传递装置接收到的所有指令整合在一起，产生辐射计数据，数据随后传到地面。除了获取两颗探测器间距离的测量数据外，月球引力测距系统还为地面提供基于超稳定振荡器的单向信号，通过X波段无线电科学信标天线(RSB)传输。超稳定振荡器的稳态漂移借助无线电科学信标(RSB)提供的单向多普勒数据进行测量。(孝文)
[新浪网]
相关报道
美GRAIL探测器成功撞月:避免坠毁破坏历史遗迹
在月球轨道运行的GRAIL探测器
美国第一位进入太空的女性萨利·赖德，在撞击成功之后，美国宇航局宣布将此次撞击地点以她的名字命名
这是一张高程图，图中红色表示地势较高，这座红色的山峰便是此次GRAIL探测器撞击的地点
这是根据GRAIL的重力场数据得到的迄今最精确的月球重力场地图
新浪科技讯 北京时间12月18日清晨消息，综合英国广播公司及美国宇航局网站报道，美国宇航局的GRAIL月球探测器(包括两颗卫星“潮起”和“潮落”)，已经在美国东部时间17日17:28，北京时间18日清晨6:28在地面控制下按计划撞击月球，从而最终为该项目画上圆满的句号。
这两艘飞船在地面指令控制下撞向了月球靠近北极附近的一座2500米高的山峰。之所以策划此次撞击，目的是避免这两艘飞船在燃料耗尽后自行坠毁可能会破坏月面上的一些重要历史遗迹，如当年阿波罗探月的着陆点等等。
格林尼治时间17日22:30(北京时间18日清晨6:30左右)，美国宇航局的深空探测网(DSN)确认这两颗卫星的信号已经失去，这意味着撞击已经发生，由于撞击发生在阴影区，因此地面无法监测到闪光现象。在撞击成功之后，美国宇航局随即宣布将此次撞击的地点命名为萨利·赖德(Sally Ride)，这是今年年初去世的美国历史上首位女宇航员。
GRAIL探测项目由两颗相同的卫星组成阵列开展探测工作，它们发回了大量有价值的信息。这颗探测器获得了迄今为止精度最高的月球重力场数据，这些数据将帮助科学家们解开许多有关这颗星球悬而未决的重要问题。GRAIL探测器的正式名称是“重力恢复和内部实验室”，它已经于今天清晨撞击了月球靠近北极的一座山峰，两颗卫星的撞击间隔大约为30秒。
这座山峰大约位于月面北纬75度，靠近戈德施密特陨击坑，当撞击发生时这里正处于阴影区。由于GRAIL探测器的两颗卫星都非常小，体积仅仅相当于一台家用洗衣机大小，而且燃料箱已经清空，因此科学家们预计此次撞击将无法产生从地球上可以被观测到的闪光现象。
不过由于另外一艘美国宇航局的飞船：月球勘测轨道器(LRO)正在月球轨道运行。如果运气足够好的话，月球勘测轨道器的紫外成像仪是有可能捕捉到由于此次撞击而被溅射出来的挥发性物质的。
此次任务期间，GRAIL探测器得到了精度超越历史上任何其它探测项目的月球全球重力场数据，使得目前月球的重力场测量精度甚至超过了地球。月球上显示出的这种重力场局地差异是由于月球内部的质量分布不均造成的。明显的案例可以从月球的表面上看得到：巨大的山系和深邃的撞击坑到处都是，而月球内部的物质分布也显示出明显的不均一性。
尽管目前为止来自本次探测项目的科学数据绝大部分还需要进行分析，不过仅就目前已经获得的一些初步分析结果来看，研究人员们已经取得了一些重要的成果。GRAIL项目首席科学家，美国麻省理工学院的玛丽娅·祖玻尔(Maria Zuber)教授表示：“我们取得的其中一项重要发现便是，我们意识到月壳的厚度远小于我们此前的估算。另外，我们发现月面上的一些大型撞击盆地的挖掘深度很大，甚至可能已经抵达了月幔层。这些发现对于我们研究月球以及地球的物质组成是非常有帮助的，因为我们认为地球的地幔区域物质组成成分应当是和月幔层相似的。”
探测的结果也显示月球最外层物质的孔隙密度也可能远大于人们此前的估算。这些密布的裂隙和疏松空隙都是月球在其最初形成后的数十亿年间遭受的严重撞击的见证。除此之外，GRAIL还在浅月表下方探测到疑似岩浆填充的裂隙系统的存在。这些可能是近月表的岩墙系统，其长度均绵延数百公里，其基部似乎深入月表地下，专家们认为这可能代表了月球在其早期高温膨胀过程中留下的痕迹，在那之后月球逐渐降温并收缩。
GRAIL探测器的数据对于研究月球起源将产生关键性影响。目前主流的认识是认为在数十亿年前地球遭受了一次严重的撞击，此次撞击溅射出的大量物质逐渐冷凝后形成了今天我们所看到的月球。
一些科学家甚至还曾提出这样的理论，认为在地球历史早期曾经存在两个月球。不过看起来此次GRAIL探测器获得的数据可能并不支持这样的看法。祖玻尔教授表示：“我们一直在搜寻第二颗月球存在的线索，但是在月球的内部机构方面我们没有发现任何与之相关的证据。”她说：“当然这一点本身到目前为止还并不能完全否定这种看法。我们还需要进一步审视更多细节。”(晨风)
[新浪网]
美探测器绘制迄今精度最高月球重力场地图
这些月球地图显示，月表由撞击引起的“布格”重力异常
重力回溯及内部结构实验室确认的月球地下堤坝，比在地球上看到的堤坝(左)长50倍，宽1000倍
美国宇航局的重力回溯及内部结构实验室任务观测重力梯度，发现位于月球远侧的一条长300英里(500公里)的线性重力异常
美国宇航局的重力回溯及内部结构实验室任务发现的一条线性重力异常横贯月球近侧的危海盆地
新浪科技讯 北京时间12月18日消息，据国外媒体报道，科学家称，月球在早期遭受重击的时间比以前认为的更靠前。这种令人吃惊的月球新观点是通过美国宇航局的姊妹飞船绘制的非常详尽的重力地图得出的，这两艘飞船今年早些时候进入月球周围轨道，研究它的内部特征。
长期以来研究人员一直明白，月球和包括地球在内的岩石行星在几十亿年前的形成期，遭到小行星和彗星的猛烈轰击。现在他们正在逐渐了解这些天体遭受冲击的程度。美国麻省理工学院的任务首席科学家玛利亚-尤伯说，月球“比我们以前认为的破损更严重”。美国宇航局的“Ebb”和“Flow”飞船经过测量发现，月球的外壳，或称最外层比科学家认为的更薄，厚度只有大约25英里(40.23公里)。该研究成果出现在5日在旧金山举行的美国地球物理联盟会议上，并发表在在线《科学》杂志上。
虽然以前的任务也曾测量月球的重力，即大约是地球重力的六分之一，但是“Ebb”和“Flow”是第一批致力于这项研究的飞船。为了收集数据，两艘洗衣机大小的飞船围绕距离月表大约35英里(56.33公里)的轨道列队飞行。它们所在的位置能让它们观测到月球深处。最终的重力地图展现出一个异常平整的月球内部，这与它曾被撞击成粉状的推测相符。
科学家表示，龟裂延伸到月壳很深处，可能曾穿透月球地幔层。这些图还比以往更加详细地揭露了大量月球特征，其中包括火山、盆地和陨石坑。但是尤伯表示，这些飞船绘制的高清地图并未找到能够证明这些的证据。该任务预计将于这个月底结束，届时“Ebb”和“Flow”会冲向月球，与之发生猛烈撞击。(孝文)
[新浪网]