美國(guó)“圣杯”攜帶儀器的科學(xué)儀器介紹

　　北京時(shí)間12月17日，據(jù)美國(guó)宇航局官方網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)宇航局的兩顆“圣杯”探測(cè)器——“圣杯-A”號(hào)和“圣杯-B”號(hào)——體積與一臺(tái)洗衣機(jī)相當(dāng)，重量大約在200公斤左右。它們是一對(duì)雙胞胎兄弟，彼此將天線對(duì)準(zhǔn)對(duì)方。由于這個(gè)原因，它們的MoonKAM（中學(xué)生月球知識(shí)獲取系統(tǒng)的英文首字母縮寫(xiě)）位置存在差異，用于控制高度的星象跟蹤儀和用于測(cè)量彼此間距離變化的天線的角度也不同。在環(huán)繞月球飛行時(shí)，兩顆探測(cè)器一前一后編隊(duì)飛行，“圣杯-A”號(hào)跟在“圣杯-B”號(hào)后面。
　　“圣杯”探測(cè)器在設(shè)計(jì)上立基于美國(guó)空軍的實(shí)驗(yàn)小衛(wèi)-11技術(shù)驗(yàn)證任務(wù)和宇航局火星偵察軌道器的航天電子設(shè)備。高度控制子系統(tǒng)提供三軸穩(wěn)定控制，由一個(gè)陽(yáng)光傳感器、星象跟蹤儀、反應(yīng)輪和慣性測(cè)量裝置構(gòu)成。
　　“圣杯”探測(cè)器的電力子系統(tǒng)包括兩個(gè)太陽(yáng)能電池板和一塊鋰離子電池。每個(gè)太陽(yáng)能電池板能夠在任務(wù)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生700瓦電量。它們?cè)谔綔y(cè)器脫離運(yùn)載火箭后不久展開(kāi)，整個(gè)任務(wù)期間固定不動(dòng)。鋰離子電池的容量為30安培小時(shí)，負(fù)責(zé)探測(cè)器穿過(guò)月球陰影時(shí)提供電量�！笆ケ�”探測(cè)器的推進(jìn)系統(tǒng)包括一臺(tái)肼催化推進(jìn)器以及一個(gè)溫暖氣體系統(tǒng)，前者用于進(jìn)入月球軌道和變軌，后者裝有8個(gè)推進(jìn)器閥門(mén)，用于控制高度和其他小幅度機(jī)動(dòng)。
　　遠(yuǎn)程通訊子系統(tǒng)包括以下天線：
　　1.兩條S波段異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)天線，用于與地球進(jìn)行通訊2.兩條X波段信標(biāo)天線，用于從地球?qū)υ虑蚪鼈?cè)進(jìn)行多普勒測(cè)距3.S波段時(shí)間傳遞系統(tǒng)天線，用于兩顆探測(cè)器之間發(fā)送和接收時(shí)間同步代碼4.Ka波段測(cè)距天線，用于精確測(cè)量?jī)蓚�(gè)探測(cè)器之間的距離兩條S波段異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)天線一條安裝在“圣杯”探測(cè)器向陽(yáng)一側(cè)，另一條安裝在陰面。向陽(yáng)一側(cè)的天線在滿(mǎn)月時(shí)對(duì)準(zhǔn)地球，陰面的天線在新月時(shí)對(duì)準(zhǔn)地球。這一系統(tǒng)省去了任務(wù)執(zhí)行期間通過(guò)機(jī)械方式旋轉(zhuǎn)天線的需要。旋轉(zhuǎn)天線將改變探測(cè)器的重心，對(duì)科學(xué)測(cè)量造成干擾。
　　科學(xué)儀器每個(gè)“圣杯”探測(cè)器搭載兩個(gè)有效負(fù)荷，分別是月球引力測(cè)距系統(tǒng)（LGRS）這臺(tái)科學(xué)儀器，以及用于教育和公眾宣傳的月球成像系統(tǒng)MoonKAM。月球引力測(cè)距系統(tǒng)立基于重力恢復(fù)與氣候試驗(yàn)任務(wù)（GRACE）的儀器。2002年以來(lái)，GRACE便對(duì)地球引力進(jìn)行測(cè)繪。
　　月球引力測(cè)距系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳輸和接收用于精確測(cè)量?jī)深w探測(cè)器間距離變化所需的數(shù)據(jù)。這一系統(tǒng)包括超穩(wěn)定振蕩器（USO）、微波裝置（MWA）、時(shí)間傳遞裝置（TTA）和重力恢復(fù)處理器（GPA）。超穩(wěn)定振蕩器為所有子系統(tǒng)提供穩(wěn)定的參考信號(hào)。月球引力測(cè)距系統(tǒng)為微波裝置和時(shí)間傳遞裝置提供基準(zhǔn)頻率。微波裝置負(fù)責(zé)將超穩(wěn)定振蕩器的參考信號(hào)轉(zhuǎn)換成Ka波段頻率，后者將信號(hào)傳輸給另一顆探測(cè)器。
　　時(shí)間傳遞裝置的功能是，在兩顆探測(cè)器之間形成一個(gè)雙向時(shí)間傳遞鏈條，與月球引力測(cè)距系統(tǒng)的兩個(gè)時(shí)鐘同步并測(cè)量時(shí)鐘偏差。時(shí)間傳遞裝置產(chǎn)生來(lái)自于超穩(wěn)定振蕩器基準(zhǔn)頻率的S波段信號(hào)，向另一顆探測(cè)器傳輸類(lèi)似GPS的測(cè)距碼。重力恢復(fù)處理器將從微波裝置和時(shí)間傳遞裝置接收到的所有指令整合在一起，產(chǎn)生輻射計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)隨后傳到地面。除了獲取兩顆探測(cè)器間距離的測(cè)量數(shù)據(jù)外，月球引力測(cè)距系統(tǒng)還為地面提供基于超穩(wěn)定振蕩器的單向信號(hào)，通過(guò)X波段無(wú)線電科學(xué)信標(biāo)天線（RSB）傳輸。超穩(wěn)定振蕩器的穩(wěn)態(tài)漂移借助無(wú)線電科學(xué)信標(biāo)（RSB）提供的單向多普勒數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。

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