@ 2017.03.11 , 23:00
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NASA新雷达技术发现失踪月球航天器

寻找地球轨道上的废弃航天器和太空垃圾是一个技术挑战,但是要找到在绕地月球轨道上的无疑更加困难。光学望远镜无法用于搜寻隐藏在月球亮面中的微小目标。不过,位于加利福利亚帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室(JPL)的科学家提出了星际雷达的一种新型技术应用,能成功定位绕月航天器。这种新技术未来可以辅助月球任务规划。

“我们已经能够利用地面雷达检测NASA的月球勘测轨道器(LRO)和印度太空研究组织的Chandrayaan-1航天器,”JPL的雷达科学家和该测试项目的首席研究员Marina Brozovic说道。“由于我们有LRO的导航器和精确地轨道数据,寻找LRO相对容易。但由于印度的Chandrayaan-1航天器在2009年8月失联,要找到这个航天器就需要更多的检测工作。”(译者注:据维基百科,Chandrayaan-1是印度首个月球航天器,2008年10月22日当地时间6:22于金奈北部80km处发射,11月8日进入月球轨道,从此印度成为第四个探月国家。约1年以后,由于星敏感器失灵和绝热板损坏等严重的技术问题,Chandrayaan-1于印度时间2009年8月29日1:30停止发送无线信号,随后官方宣布任务结束。Chandrayaan-1运行了312天,未达到预期2年运行时间,但完成了95%的预期目标。其中,最重要的成果是发现了月球土壤中广泛存在的水分子。)

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计算机生成图片显示了2016年7月2日戈德斯通太阳系统雷达检测到的Chandrayaan-1的位置。200千米直径的紫色圆圈为戈德斯通雷达束在月球上的范围。右上角的白色方框表示回波的强度。在雷达束范围内,由于雷达束扫过金属表面,航天器的回波在极强和极弱之间变化

Chandrayaan-1航天器非常小,大约相当于1.5米的立方体,也就是汽车的一半大小。因此,尽管星际雷达曾经被用于观测地球几百万英里之外的小行星,研究者还是不能确定能否观测到月球上的如此微小的目标。但最终结果证明了新技术的能力。

虽然都使用微波,但是不同的雷达发射器射程并不相同。寻常警用雷达枪只有大约1英里的有效距离,但空中交通管制雷达可达到60英里远。为了找到38万千米之外的航天器,JPL团队使用NASA的戈德斯通深层空间通信中心的70米长天线向月球方向发射强力的微波微博束,随后位于西弗吉尼亚州的100米格林·班克望远镜接收从月球轨道返回的雷达回波。

由于月球上密布质量密集的物质孔洞(高于平均万有引力的区域),随时间推移影响航天器的轨道甚至导致坠落,因此寻找失联1年的废弃航天器十分困难。JPL的轨道计算显示,虽然由于失去无线信号联系,Chandrayaan-1已被认为失踪,但其实仍然在月球上空约200千米的轨道上运行。由于该航天器位于极轨道,因而在某些时段总会经过月球的极地上空。因此,在2016年7月2日,研究团队调整戈德斯通和格林·班克望远镜,对准月球北极上空160千米附近,等待航天器经过雷达束。预先计算表明,Chandrayaan-1环绕一周用时2小时8分。经过等待,研究团队在4小时观察中根据雷达信号发现确实有一个类似于小型航天器的物体经过雷达束,两次发现的间隔时间也正好等于Chandrayaan-1绕行一周所需时间。

研究团队根据返回信号数据估计其速度和目标距离,并据此更新Chandrayaan-1的预测轨迹。“我们发现需要将Chandrayaan-1的位置偏移180度,或者说与2009年的轨道估计相差半个周期。”JPL的太阳系动态小组的主管Ryan Park说道,“但另一方面,Chandrayaan-1的轨道形状和轨迹仍然与我们的预期相符。”

在随后的三个月中,团队进行了多次实验,接收到了7次来自该航天器的雷达回波,完美符合新的预测轨迹。其中某些实验利用了波多黎各的阿雷西博天文台,其中配备有地球上功率最大的天文雷达系统。

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2016年7月3日Chandrayaan-1航天器经过月球南极上空的雷达图像,这是当天四次检测中的一次

搜寻LRO并重新发现了Chandrayaan-1航天器是一项独特的新技术的应用起点。阿雷西博、戈德斯通和格林·班克的协同运作证实了检测和跟踪月球轨道上小型航天器的可能性。地面雷达在未来的机械和人类对月任务中将起到一定的作用,比如作为碰撞风险评估工具或者航天器遇到导航或者通信问题时的安全机制。

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 7+1

  1. 3401669

    一直想知道翻译一些科学成果内容的小编们的职业和毕业大学……

    [27] XX [2] 回复 [0]
  2. 3401671

    NASA集中贴吗?楼下也是诶

  3. 3401677

    两个NASA、NASA月球+NASA火星、分类为啥一个NASA一个火星··

  4. 上善若水JR
    @8 months ago
    3401744

    微波微博束是啥

  5. CliffBao
    @7 months ago
    3402360

    @上善若水JR: 忘记用划掉线了,不好意思,本来是用来搞笑的

  6. CliffBao
    @7 months ago
    3402361

    @青芒: NASA的新闻涉及到大尺度宇宙和航空航天,比较牛逼,个人很感兴趣

  7. CliffBao
    @7 months ago
    3402362

    @RC: 其他人不知道,不过我是在读

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