LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer)

Projekt LADEE patří k menším robotickým průzkumníkům Měsíce a prostředí kolem něho. Jeho úkolem je studovat řídkou atmosféru Měsíce a prachové částice z oběžné lunární dráhy. 

 Sonda LADEE [=Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer] je reakcí na dokument The Scientific Context for the Exploration of the Moon {=Vědecké souvislosti průzkumu Měsíce} z roku 2007, který vydal National Resaerch Council NRC {=Národní výbor pro výzkum}. V tomto dokumentu je výslovně jako priorita uváděno "stanovení globální hustoty, složení a časové variability lunární atmosféry před tím, než bude narušena lidskými aktivitami".

 

Pro misi byly stanoveny tyto prioritní vědecké cíle:

  • Stanovení hustoty, složení a časových variací lunární atmosféry před tím, než bude narušena lidskou činností.

  • Stanovení velikosti, elektrického náboje a prostorové rozložení zrnek prachu transportovaných elektrostatickým polem a posouzení jejich možného vlivu na průzkum Měsíce a astronomická pozorování z Měsíce.

 

Konstrukce

  • Sonda LADEE má hmotnost přibližně 130 kg.

  • Komunikace bude probíhat v pásmu S rychlostí 10 kb/s.

  • Náklady na misi byly odhadnuty na 100 mil. USD. Jako manažer projektu byl jmenován Buttler P. Hine III ze střediska NASA Ames Research Center.

 

Vědecké vybavení

Vědecké vybavení je limitováno maximální celkovou hmotností 20 kg a nominálním elektrickým příkonem 60 W, špičkově 100 W.

 

Na palubě bude umístěn:

  • neutrální hmotový spektrometr NMS [=Neutral Mass Spectrometer];

  • spektrometr v ultrafialové a viditelné oblasti;

  • prachový detektor.

Přístroje budou detekovat přítomnost prvků ve výšce 50 km nad povrchem Měsíce. Částice se do této oblasti dostávají přímo ze slunečního větru, anebo jsou uvolňovány z regolitu dopadajícím slunečním větrem. Dalším původcem částic je vyzařování z aktivních povrchových zdrojů.

Přístroj NMS je kvadrupólový hmotový spektrometr, určený k detekci CH4, S, O, Si, Kr, Xe, Fe, Al, Ti, Mg, OH a H2O. Ultrafialový a vizuální spektrometr bude detekovat Al, Ca, Fe, K, Li, Na, Si, T, Ba, Mg, H2O a O a bude studovat prach.

  • Dále sonda nese jako technologický demonstrátor zařízení na laserovou komunikaci.

 

Od LADEE se očekává zpřesnění dosavadních výsledků výzkumu. Po skončení její mise bychom tak mohli znát velmi přesně počet prvků, jejich množství a rozložení v atmosféře. Dále by mohla být zodpovězena otázka důležitosti jednotlivých procesů tvorby atmosféry od vysokoenergetických slunečních fotonů a slunečního větru přes vyvrhování částic dopady komet a meteoroidů na povrch po uvolňování plynů z nitra Měsíce.

Díky objevu ledu sondou LRO  a tenké rozptýlené vrstvy molekul vody rentgenovou observatoří Chandrayaan-1 bychom se mohli dozvědět díky LADEE něco o transportu molekul vody mezi polárními oblastmi a nižšími šířkami. Atmosféra by v něm mohla hrát poměrně zásadní roli. Podobnou atmosféru jako náš Měsíc by měl mít i Merkur a některé další planetky, asteroidy a měsíce, takže se výsledky z Měsíce hodí i při výzkumu dalších objektů Sluneční soustavy a možná už nejen jí.

 

LADEE byla koncipována jako nízkorozpočtová mise na nově vytvořené univerzální platformě Modular Common Spacecraft Bus. Díky této platformě bude možné v budoucnu vytvářet levné a přitom spolehlivé sondy, které budou moci plnit nejrůznější úkoly při výzkumu Sluneční soustavy.

 

Původně se měla podívat do vesmíru jako přívažek dvojice sond GRAIL. Nakonec bylo rozhodnuto, že se vydá do vesmíru na špici nové rakety Minotaur-5. Tu provozuje firma Orbital Sciences Corporation(OSC), která stojí i za raketami Antares, Taurus nebo Pegasus. Rakety Minotaur mají vesměs stupně na tuhé pohonné látky (solid ) z vyřazených vojenských raket.  Minotaur-5 vychází z rakety Minotaur-4, která má čtyři stupně a na nízkou oběžnou dráhu vynese okolo 1,5 tuny. Pětka má navíc hybridní 5.stupeň Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTBP), který jí umožňuje vynášet asi 400 kg těžké objekty na GTO a do meziplanetárního prostoru.

 

NMS je schopen rozpoznat prvky až do relativní atomové hmotnosti 150. Zaměřen je na CH4, S, O, Si, Kr, Xe, Fe, Al, Ti, Mg, OH a H2O.

UVS detekuje Al, Ca, Fe, K, Li, Na, Si, T, Ba, Mg, H2O a O a bude monitorovat složení prachu.

LDEX je dopadový ionizační prachový detektor určený k měření částic až 0,3 mikronů ve výšce, kde se bude sonda pohybovat.

 

 

Laserová komunikace

Na palubě se nachází ještě jeden zajímavý přístroj -Lunar Laser Communications demonstrator (LLCD), což je zařízení, které bude komunikovat s pozemním střediskem pomocí laserového paprsku. Infračervený laser je totožný s tím, který se používá pro vysokorychlostní přenosy optickými vlákny. Ve vesmíru je však paprsek velmi citlivý na přesné zaměření na příjimací stanici. To je poměrně hodně sofistikovaná činnost neboť sonda i řídící středisko na Zemi neustále vůči sobě mění svou polohu, přičemž do hry vstupují i gravitační anomálie a činnost přístrojů sondy, které mohou způsobit jemné vibrace. V případě odchylky dochází k poklesu signálu, až ztrátě spojení. Při bezchybné funkci ovšem nabídne laserový přenos na kosmické poměry nevídané rychlosti datového toku až 622 Mb/s, což je 5x více než dosavadní rekord z této vzdálenosti. Laserovou komunikaci si vyzkoušela i stávající lunární sonda LRO, která přeposlala řídícímu středisku obrázek Mony Lisy. Dlužno podotknout, že laser jako komunikační médium se testuje i na ISS a to jak americkou tak ruskou stranou. Abychom se vrátili k LADEE. Ta bude samozřejmě disponovat i klasickým radiových spojením v pásmu S. To bude nutné jednak pro úvodní navázání spojení a také jako záloha laserového kanálu. I telemetrické údaje by měla sonda zasílat tradičně.

 

 

Testování a průběh mise

Jak jste si jistě povšimli, celá sonda je doslova oblepena solárními panely. Ty mají maximální výkon 295 W.  Ten díky různému postavení Slunce vůči sondě většinou bude okolo 100W. Přístroje na palubě mají příkon 60 W, takže by to mělo stačit. Pro optimální dodávku energie budou na palubě ještě baterie. Bezproblémové zásobování elektřinou během mise se simulovalo se vakuové komoře, kde se sonda vystavovala různým teplotám a osvitu, podobně jako tomu bude při obíhání Měsíce.

Termín startu se neustále měnil. Závisel na vývoji nosné rakety Minotaur-5, pro kterou má být tato mise premiérová. Informace z 2.5.2013 mluví o startu 6.září 2013 ze základny Wallops. Až poslední stupeň rakety Minotaur-5 nasměruje sondu na dráhu k Měsíci, sonda se od něj oddělí a dál už bude používat pouze svůj hlavní motor OCS ( Orbit Control System) a malé korekční trysky. Středisko by se sondou po oddělení mělo navázat spojení přes síť Deep Space Network, aby sondě pomohlo vmanévrovat na oběžnou dráhu Měsíce.  Časový plán počítá s 30-ti dny na cestu, stejně dlouhým testovacím režimem a 100 dny vědecké činnosti.

 

 

Zdroje:

http://blog.kosmonautix.cz/2013/05/mesic-bez-atmosfery-vyvracejte-to-ladee/