NASA聖杯號奔向月球

美國航太總署(NASA)聖杯號(GRAIL)於臺北時間2011年9月10日9:08p.m.、中秋節前夕,從卡納維爾角空軍基地發射升空,控制中心已確認它進入軌道並展開太陽能板,順利的踏上前往月球的旅途。預計3.5個月之後抵達月球軌道。

聖杯號全名是Gravity Recovery and Interior Laboratory月球重力重建與內部結構實驗室,這是由兩艘同軌太空船組成的探測任務,這兩艘太空船幾乎像雙胞胎般,每艘太空船的大小相當於一台洗衣機,重量則約200公斤左右。其中GRAIL-A預計將在2011年12月31日抵達月球,GRAIL-B則預計在隔天—2012年的新年抵達月球。這兩艘太空船均使用太能為動力,一前一後地環繞月球飛行(B在前、A在後),以便測量月球的重力場,希望能瞭解月球的多項謎題,包括內部結構或地月系統形成問題等。

地球到月球的直線距離約為402,336公里左右,1970年代阿波羅任務花了3天的時間飛抵月球,然而聖杯號雙船卻打算花3.5個月、航行400萬公里才抵達月球。這兩艘探測船之所以採低能量軌道,以便能拉長旅行至月球的時間,可以讓太空船有更多的時間檢查、更新月球探測計畫,蒐集月球的重力場訊息的時間計畫長達82天左右。

由於兩艘太空船的軌道相同,當它們飛越重力比較強或比較弱的區域上空時,例如可見坑洞或山脈等,或是月表下方不可見的質量瘤等,都會讓它們彼此分離一些或靠近一些。兩船上的月球重力距離系統(Lunar Gravity Ranging System,LGRS)可測量它們相對距離的微小變化,精密度可達幾微米,相當於一顆紅血球的直徑;科學家再將此微小變化轉換成高解析度的月球重力場分佈圖。一旦取得重力場分佈圖後,科學家可以藉以研究月球的內部結構和熱能演變歷史。這個重力測量技術,其實與之前的另一艘太空船GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)相同,這個太空任務是從2002年開始測繪地球的重力場資料。

此外,每艘太空船上還載有一組MoonKAM月球相機,這是NASA行星任務中,首度為了教育和拓展大眾服務等目的而攜帶的儀器。

太空船上載有高度控制次系統(Attitude Control subsystem),可維持太空船三軸穩定,這個系統由太陽敏感器(sun sensor)、追星儀(star tracker)、反應輪(reaction wheel)和慣性模組(inertial measurement unit)所組成。

電力次系統(electrical power subsystem)則包含兩組太陽能板和一顆鋰電池;每組太陽能板在太空船升空並分離後不久便展開並固定,到任務結束前總共可以產生700瓦的電力;每顆電池則用在太空船飛到月球陰影裡、太陽能板無法發揮功能時。

推進系統(propulsion system)包含聯氨催化推進器(hydrazine catalytic thruster),提供進入月球軌道和改變太空船軌道時使用,另有一組8個推進閥門的熱氣系統,以便太空船姿態調整或其他微調工作用。

電信次系統(telecom subsystem)則包含下列項目:

  • 2組S頻轉頻天線(transponder antenna),以便與地球聯絡用。
  • 2組X頻信標天線(beacon antenna),從都卜勒效應測量地球到月球正面的距離。
  • S頻時間傳遞系統天線(time-transfer system antenna),可在兩船間傳送時間同步訊號。
  • Ka頻距離天線,可測量兩船間的精確距離。

其中前兩項天線系統,都有其中一組天線位在太空船的向陽面,另組天線在背陽面。向陽天線於滿月時會指向地球,而背陽天線會在朔時指向地球。這個設計是為了避免任務期間,太空船因某些因素導致旋轉而改變了太空船的質心,從而使得科學測量結果出現誤差。

資料來源:NASA-GRAIL

轉載自台北天文館之網路天文網網站


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