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重力回溯及内部结构实验室

重力回溯及内部结构实验室（Gravity Recovery and Interior Laboratory, GRAIL，或翻译为重力重建与内部结构实验室，也有依照缩写翻译为圣杯号）是美国NASA的发现任务中的月球探测任务；该任务将精确探测并绘制月球的重力场图以判断月球内部构造。该任务使用两个小型探测器 GRAIL A（Ebb，退潮）和 GRAIL B（Flow，涨潮）[3]，已于2011年9月10日以德尔塔-2运载火箭最强力的型号 7920H-10 发射[1][4][5]。GRAIL A 在发射后 9 分钟从火箭分离，之后经过 8 分钟 GRAIL B 也从火箭分离。两台探测器分别于2011年12月31日和2012年1月1日进入轨道[6]。

重力回溯及内部结构实验室
GRAIL
运营方NASA / JPL[1][2]
国际卫星标识符GRAIL A：2011-046A
GRAIL B：2011-046B
卫星目录序号GRAIL A：37801
GRAIL B：37802
网站moon.mit.edu
任务时长原定 270 天
实际共运作1年3个月7天9小时
航天器属性
制造方MIT · LMSS
发射质量307千克（677磅）
干质量132.6千克（292磅）
功率763 瓦（距太阳 1 AU 时）
太阳能 / 锂离子电池
任务开始
发射日期2011年9月10日
13时8分52.775秒 UTC
运载火箭三角洲2号运载火箭 7920H-10 D-356
发射场卡纳维尔角空军基地 SLC-17B
运营开始时间2011年12月31日（A）
2012年1月1日（B）
轨道参数
参照系月心轨道（英语：Lunar orbit）
轨域绕极轨道
半长轴1,788.0千米（1,111.0英里）
近月点25千米（16英里）
远月点86千米（53英里）
周期113 分
月球撞击器
撞击日期GRAIL A：
2012年12月17日
22时28分51秒 UTC
撞击点75°36′30″N 33°24′15″E / 75.6083°N 33.4043°E / 75.6083; 33.4043
月球撞击器
撞击日期GRAIL B：
2012年12月17日
22时29分21秒 UTC
撞击点75°39′01″N 33°09′51″E / 75.6504°N 33.1643°E / 75.6504; 33.1643
GRAIL 任务概述。
GRAIL 轨道。
根据 GRAIL 探测资料绘制的月球表面重力场图。

任务过程

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不像阿波罗计划只花了三天就从地球到达月球，GRAIL 将花费三到四个月时间经由日-地L1 拉格朗日点的低能量转移轨道前往月球以减少所需燃料、保护仪器和确保两台探测船到达月球时能让速度下降够多以使环绕高度到达极低的 50 公里；以及两台隔24小时到达的探测器距离能保持在 175 到 225公里[7][8]。飞行计划中如此严格的公差使得误差修正的空间相当小，造成发射窗口时间只有一秒，且一天只有两次[9]。

GRAIL 计划的主持人是麻省理工学院的玛丽亚·祖柏（Maria Zuber）。该任务团队中的专家与工程师也包含了前 NASA 太空人萨莉·莱德，她将进行对大众推广该任务。喷气推进实验室负责操作该任务。直到2011年8月5日，该任务已花费4.96亿美金[10]。

命名

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该计划探测器GRAIL A和GRAIL B在发射后，NASA向全美国小学生公开征求命名，总共有来自美国45个州和波多黎各、华盛顿特区900个班级的小学生参与，最后由蒙大拿州博兹曼市一位小学四年级学生建议的Ebb和Flow获选[3]。

目的

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每个探测船都可和地球或另一个探测船之间互相传送与接收讯息。借着量测两个探测船之间的距离变化可得知月球重力场和地质结构。月球重力场将会以前所未有的精确度测绘[11]。

主要目的

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  • 绘制月球外壳和岩石圈构造图。
  • 了解月球的不对称热演化。
  • 确认月球表面撞击坑的结构和质量瘤由来
  • 确认月球外壳角砾岩和岩浆作用造成的短时间演变
  • 确认月球内部深处结构
  • 确认月球内核的最大体积

该任务资料接收状态将持续 90 天，之后将花费 12 个月进行资料分析[11]。分析结果将在收集开始后30天公布[7]。所获得的知识将可帮助了解类地行星的演化历史[7]。

仪器

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MoonKam拍摄的月球表面。
  • Ka波段测距组件 (Ka band ranging assembly, KBR)
  • 电波科学指标 (Radio science beacon, RSB)
  • 中学生月球知识获取系统（Moon Knowledge Acquired by Middle school students, MoonKam）[12]。每个 MoonKAM 系统（两台探测器各一个）包含一个数位视讯控制器和四个照相机镜头[13]。

发射

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以下时间都是EDT (UTC-4).

GRAIL 于 2011-09-10 09:08:52[14] 成功发射，先前有四次因为天气因素推迟发射。

任务状态

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GRAIL 任务的两台小探测器已于2011年9月10日发射[1][14]。GRAIL 经由日-地L1 拉格朗日点的低耗能转换轨道前往月球以减少所需燃料、保护仪器和确保两台探测船到达月球时能让速度下降够多以使环绕高度到达极低的 50 公里；以及两台隔24小时到达的探测器距离能保持在 175 到 225公里[7][8]。GRAIL-A于2011年12月31日 (2011-12-31) 入轨，GRAIL-B于2012年1月1日 (2012-01-01) 入轨 [14]。

科学任务

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GRAIL 的科学任务将进行 90 天。在科学任务（或延伸任务）结束后，预计将进行 5 天的除役期，之后探测器经过 40 天后会撞击月球表面[15]。使用的重力场测绘技术相当类似于重力量测及气候监控卫星（Gravity Recovery and Climate Experiment, GRACE），而卫星本体设计则基于 XSS-11[16]。

两台探测器的入轨日分别是2011年12月31日 (2011-12-31)（GRAIL-A）和2012年1月1日 (2012-01-01)（GRAIL-B）[14]。

两台探测器的实际操作时间超过90日，该任务被分成三个长27.3地球日的天底测绘循环，每个循环包含了每天两个8小时和深空网络通讯以传输科学与 "E/PO MoonKam" 资料的时段[17]。

任务结束

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2012年12月13日，美国太空总署（NASA）表示，圣杯号太空船两具小型探测器之“1年任务”已完成。署方计划于美东时间12月17日17时28分促其撞毁于月表[18][17][19][20][21][22]。两台探测器的撞击点都位于菲洛劳斯环形山和穆谢环形山之间一个撞击前尚未命名的山，座标75°37′N 26°38′W / 75.62°N 26.63°W / 75.62; -26.63。运行位置较前方的 Ebb 探测器首先于22:28:40 pm UTC撞击，20秒后 Flow 探测器也撞击月球表面。两台探测器的时速达到6,050 km/h。在最后数日的运行中进行了一项最后的实验。在探测器外的主引擎点火以耗尽所有剩余的燃料，相关的资料将可协助太空任务规划者以电脑模拟方式计算更合理的燃料消耗相关数据，以提升未来太空探测任务中需要燃料量计算的准确度[23]。NASA 在探测器撞击后宣布撞击的山以参与任务的科学家，第一位美国女太空人萨莉·莱德命名[24]。

参见

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参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Delta II Set to Launch NASA's GRAIL Mission. United Launch Alliance. 2011 [2 September 2011]. （原始内容存档于1 September 2011）. 
  2. ^ The GRAIL Mission: A Fact Sheet. Sally Ride Science. 2010 [2010-04-15]. （原始内容存档于2010-04-28）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Agle, DC. Montana Students Submit Winning Names for NASA Lunar Spacecraft. NASA JPL. [2012-01-21]. （原始内容存档于2021-02-25）. 
  4. ^ Delta II: The Industry Workhorse (PDF). United Launch Alliance. 2010 [2 August 2011]. （原始内容 (PDF)存档于2011-09-30）. 
  5. ^ Grey Hautaluoma. New NASA Mission to Reveal Moon's Internal Structure and Evolution. NASA. 10 December 2007 [31 August 2011]. （原始内容存档于2021-02-24）. 
  6. ^ First of NASA's GRAIL Spacecraft Enters Moon Orbit. NASA. [1 January 2012]. （原始内容存档于2021-02-25）. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Mission Overview. MIT. [10 September 2011]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  8. ^ 8.0 8.1 Mission Design. NASA. [10 September 2011]. （原始内容存档于2011-10-03）. 
  9. ^ Justin Ray. GRAIL Launch Window Chart. SpaceFlight Now. 17 August 2011 [9 September 2011]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  10. ^ Marcia Dunn, AP Aerospace Writer. NASA Spacecraft Begins 5-Year Trip to Jupiter. Yahoo News. 2011-08-05 [7 September 2011]. （原始内容存档于2016-03-03）. 
  11. ^ 11.0 11.1 About GRAIL. MIT. [2011-03-12]. （原始内容存档于2011-10-07）. 
  12. ^ About GRAIL MoonKAM. Sally Ride Science. 2010 [2010-04-15]. （原始内容存档于2010-04-27）. 
  13. ^ GRAIL Launch Press Kit (PDF). NASA. [31 August 2011]. （原始内容存档 (PDF)于2017-02-01）. 
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 14.3 Harwood, William. NASA launches GRAIL lunar probes. CBS News. [11 September 2011]. （原始内容存档于2011-09-11）. 
  15. ^ GRAIL web page. Mission Design. MIT. [13 April 2011]. （原始内容存档于2012-01-26）. 
  16. ^ Taylor Dinerman. Is XSS-11 the answer to America’s quest for Operationally Responsive Space?. The Space Review. 2007-12-31 [31 August 2011]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  17. ^ 17.0 17.1 GRAIL: Mission Design. MIT. [2011-09-12]. （原始内容存档于2012-01-26）. 
  18. ^ 任務圓滿除役 聖杯探測器撞月 佛羅里達州卡納維爾角/中央社 DEC-13-2012 18:18:44 PM. [2012-12-15]. （原始内容存档于2012-12-16）. 
  19. ^ Wall, Mike. Twin GRAIL probes readied for crash into Moon. MSNBC. [2012-12-13]. （原始内容存档于2012-12-18）. 
  20. ^ Wall, Mike. Twin NASA Probes to Crash into Moon Next Week. Space.com. 2012-12-11 [2012-12-13]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  21. ^ Twin NASA spacecraft prepare to crash into moon. Phys.Org. 2012-12-13 [2012-12-13]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  22. ^ Knapp, Alex. NASA Prepares To Crash Its Probes Into The Moon. Forbes. 2012-12-14 [2012-12-13]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  23. ^ 存档副本. [2012-12-17]. （原始内容存档于2019-04-17）. 
  24. ^ 存档副本. [2012-12-18]. （原始内容存档于2013-12-07）. 

外部链接

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