Исследователь 51

Исследователь 51

Спутник Explorer 51
Имена	AE-C Atmosphere Explorer-C
Тип миссии	Науки о Земле
Оператор	НАСА
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПАР	1973-101А
Номер SATCAT	06977
Свойства космического корабля
Космический корабль	Исследователь ЛИ
Тип космического корабля	Исследователь атмосферы
Автобус	АЕ
Производитель	Центр космических полетов имени Годдарда
Стартовая масса	658 кг (1451 фунт)
Размеры	Диаметр 140 см (55 дюймов)
Начало миссии
Дата запуска	16 декабря 1973 г., 06:18:00 UTC [1]
Ракета	Тор-Дельта 1900 (Тор 585 / Дельта 099)
Стартовая площадка	Ванденберг , SLC-2W
Подрядчик	Дуглас Эйркрафт Компани
Введен в эксплуатацию	16 декабря 1973 г.
Конец миссии
Дата распада	12 декабря 1978 г. [2]
Параметры орбиты
Система отсчета	Геоцентрическая орбита [3]
Режим	Средняя околоземная орбита
Высота перигея	149 км (93 мили)
Апогей высоты	4294 км (2668 миль)
Наклон	68.10°
Период	132.30 минут
Инструменты
Миниатюрный электростатический акселерометр (MESA) Ионный масс-спектрометр Беннетта (BIMS) Емкостный манометр Закрытый нейтральный масс-спектрометр Ионный датчик с холодным катодом Цилиндрические электростатические зонды (CEP) Монитор экстремального солнечного ультрафиолета (ESUM) Низкоэнергетические электроны (LEE) Магнитный ионно-масс-спектрометр (MIMS) Температура нейтральной атмосферы (NATE) Открытый нейтральный масс-спектрометр Фотоэлектронный спектрометр (PES) Анализатор задерживающего потенциала/измеритель дрейфа (RPA) Температурная сигнализация Ультрафиолетовый датчик оксида азота (UVNO) Фотометр видимого свечения воздуха (VAE)
Программа-проводник Исследователь атмосферы

Explorer 51 , также известный как AE-C ( Atmospheric Explorer-C ), был научным спутником НАСА, принадлежащим к серии Atmosphere Explorer , запущенным 16 декабря 1973 года в 06:18:00 UTC с космодрома Ванденберг на борту ракеты-носителя Delta 1900. [ ^1]

Космический корабль AE-C представлял собой многогранник диаметром около 140 см (55 дюймов). Он весил 658 кг (1451 фунт), включая 85 кг (187 фунтов) приборов. Первоначальная эллиптическая орбита многократно изменялась в течение первого года жизни с помощью бортовой двигательной системы, использующей двигатель весом 1,6 кг (3,5 фунта). Целью этих изменений было изменение высоты перигея до 129 км (80 миль). После этого периода орбита стала круговой и периодически поднималась примерно до 390 км (240 миль), когда она снижалась до высоты 250 км (160 миль). В течение первого года широта перигея смещалась примерно от 10° вверх до 68° северной широты, а затем вниз примерно до 60° южной широты. В течение этого периода было завершено около двух циклов по всем местным временам. Космический аппарат мог работать в одном из двух режимов: вращение со скоростью 4 об/мин или замедление до 1 оборота за орбиту. Ось вращения была перпендикулярна плоскости орбиты. Питание обеспечивалось массивом солнечных батарей. Космический аппарат использовал систему телеметрических данных PCM, которая работала в режиме реального времени или в режиме магнитофона . Полезная нагрузка включала приборы для измерения солнечного ультрафиолета; состава положительных ионов и нейтральных частиц; плотности и температуры нейтральных частиц, положительных ионов и электронов; измерения выбросов свечения атмосферы, энергетических спектров фотоэлектронов и потоков протонов и электронов до 25 кэВ . ^[4]

Целью миссии Explorer 51 было исследование термосферы с упором на перенос энергии и процессы, которые управляют ее состоянием. Изучение фотохимических процессов, сопровождающих поглощение солнечного УФ- излучения в атмосфере Земли, было достигнуто путем проведения тесно скоординированных измерений реагирующих компонентов и солнечного поступления. ^[4]

Данные с Explorer 51 послужили, среди прочего, для получения углового распределения нагрузки вокруг спутника и сравнения его с данными Explorer 32 , а также для моделирования выбросов гидроксильных ионов в атмосферу Земли. ^[5]

На спутнике были установлены приборы для измерения ультрафиолетового солнечного излучения, температуры , состава и плотности положительных ионов , нейтральных частиц и электронов , для измерения атмосферного свечения, энергетических спектров фотоэлектронов и потоков протонов и электронов с энергией до 25 кэВ . ^[6]

Миниатюрный электростатический анализатор (MESA) получал данные о нейтральной плотности атмосферы в диапазоне высот от 120 до 400 км (от 75 до 249 миль) из измерений замедления спутника из-за аэродинамического сопротивления. Прибор состоял из трех одноосных акселерометров , установленных друг напротив друга под прямым углом, два в плоскости XY космического аппарата, а один вдоль оси Z. Прибор определял приложенное ускорение по электростатической силе, необходимой для центрирования пробной массы. Выходным сигналом прибора была цифровая частота импульсов, пропорциональная приложенному ускорению. Измерения позволяли определять плотность нейтральной атмосферы, контролировать тягу двигательной установки корректировки орбиты (OAPS), определять минимальную высоту спутника, измерять крен космического аппарата и предоставлять некоторую информацию об ориентации. Отслеживались нутации космического аппарата менее 0,01°. Прибор имел три диапазона чувствительности: 8.E-3 земное притяжение (G) в режиме мониторинга OAPS; 4.E-4 G между 120 км (75 миль) (± 2%) и 280 км (170 миль) (± 10%); и 2.E-5 G между 180 км (110 миль) (± 2%) и 400 км (250 миль) (± 10%). Числа в скобках представляют ошибки; кроме того, может быть систематическая ошибка до ± 5% из-за неопределенности коэффициента сопротивления. Самая высокая высота измерения была определена, предполагая, что прибор может воспринимать до 0,2% полной шкалы. ^[7]

Этот эксперимент был запущен для измерения на всей орбите Explorer 51 (AE-C) индивидуальных концентраций всех видов тепловых ионов в диапазоне масс от 1 до 72 атомных единиц массы (u) и в диапазоне плотности окружающей среды от 8.E1 до 5.E6 ионов/см3. Любая комбинация из следующих трех диапазонов масс, выраженных в единицах, выбиралась по команде с земли: диапазон A, от -1 до 4, диапазон B, от -2 до 18, диапазон C, от -8 до 72. Каждый диапазон обычно сканировался за 1,7 секунды (приблизительно 12 км (7,5 миль) вдоль орбиты). Нормальная работа состояла в последовательности ABCABC (от 1 до 72 единиц за 5,1 секунды). Лабораторное и полетное определение эффективности спектрометра и дискриминации масс позволяло напрямую преобразовывать измеренные ионные токи в концентрации окружающей среды. Четыре основных механических компонента эксперимента: защитное кольцо и трубка ионного анализатора, коллектор и узел предусилителя, вентиляционное отверстие и корпус основной электроники. Кольцо охраны обычно находилось под потенциалом земли, но его можно было перевести на -6 вольт по команде, если это было желательно, например, если космический корабль приобретал положительный заряд. Трехступенчатая трубка Беннетта с 7-5-цикловыми дрейфовыми пространствами была запущена в полет и модифицирована для того, чтобы можно было проводить измерения концентрации ионов на малых высотах. Частота 30-вольтового пикового напряжения радиочастоты (РЧ ) менялась в зависимости от диапазона измеряемых масс: диапазон A, -10 МГц, диапазон B, -5 МГц и диапазон C, -2,5 МГц. Первичный аналоговый выходной сигнал прибора представлял собой сжатый спектр ионного тока, который отображал полный динамический диапазон системы усилителя на одном канале телеметрии. Бортовая обработка данных обеспечивала считывание первичных экспериментальных данных в виде двух цифровых слов для каждого пика в спектре ионов. Одно 8-битное слово указывало пиковую амплитуду (ток), а другое 8-битное слово определяло положение развертки, т. е. идентификацию вида. ^[8]

Емкостной манометр был в первую очередь инженерным экспериментом для получения данных о работе космического корабля. Однако данные этого эксперимента также коррелировались с данными акселерометра и ионного датчика при оценке сопротивления спутника. Манометр, также называемый датчиком давления B (PSB), измерял атмосферное давление в области ниже 200 км (120 миль). Точность датчика PSB варьировалась от примерно 10% на 120 км (75 миль) до примерно 40% на 180 км (110 миль). PSB состоял из двух сферических, терморегулируемых камер, разделенных тонкой мембраной, растянутой до плоского состояния и находящейся под радиальным натяжением. Любое отклонение диафрагмы, вызванное разницей давления между двумя сторонами, вызывало изменение емкости между диафрагмой и соседним электродом, которое измерялось мостовой схемой переменного тока (AC). Воздух поступал в одну из камер через два порта, расположенных на 180° друг от друга и перпендикулярно оси вращения космического корабля. Таким образом, разность давлений волны и тарана измерялась дважды для каждого оборота космического корабля. ^[9]

В этом эксперименте на месте измерялось пространственное распределение и временные изменения концентраций нейтральных атмосферных веществ. Кроме того, новое понимание методов измерения на месте было получено из сравнений этих измерений с измерениями, полученными в других экспериментах на борту; а именно, спектрометра с открытым исходным кодом (1973-101A-07), солнечного спектрофотометра экстремального ультрафиолетового (EUV) диапазона (1973-101A-06) и акселерометра плотности (1973-101A-02). Датчик масс-спектрометра имел позолоченную камеру термализации из нержавеющей стали и источник ионов, гиперболический стержневой квадрупольный анализатор и внеосевой электронный умножитель. Пять различных последовательностей массовых выборок были доступны и, выраженные в атомных единицах массы (u), были: (a) геофизическая -1, 2, 4, общая, 16, 28, 32, выбранная, 40, (b) аналитическая -12, 14, 18, 20, 22, 30, 44, калибровка, ноль, (c) индивидуальная - выбранная, выбранная, выбранная, ... (любая масса от 1 до 44), (d) цифровая развертка -1, 2, 3, 4, 5, ... 45 (с шагом 3/16 единицы), (e) аналоговая развертка -2, 3, 4, 5, ... 45 (непрерывная). Пять рабочих форматов были доступны и выбраны по команде с земли, и каждый из них содержал различную комбинацию пяти последовательностей массовых выборок, перечисленных выше. При работе в «нормальном формате» анализатор измерял все массы в диапазоне от 1 до 44 с акцентом на водород , гелий , кислород , азот и аргон . Другой формат был оптимизирован для второстепенных исследований составляющих любого отдельного вида газа в измеряемом диапазоне. Пространственное разрешение определялось в первую очередь режимом работы космического корабля. На орбите предварительно запечатанный спектрометр открывался, и атмосферные составляющие проходили через отверстие с ножевым краем в камеру термализации и источник ионов. Выбранные ионы покидали квадрупольный анализатор через слабую фокусирующую линзу и ускорялись в 14-ступенчатом электронном умножителе, где они поворачивались на 90°, чтобы ударить по первому диноду. Для каждого ударяющегося иона выход умножителя представлял собой импульс из 2,E6 электронов. Эти выходные импульсы составляли измерение, а скорость счета была пропорциональна плотности камеры выбранного вида. Затем эти значения плотности были преобразованы в концентрации окружающей среды. Анализатор обычно работал с разрешением 1 единица (u) в диапазоне масс. Импульсы, возникающие в течение 0,015-секундных интервалов интегрирования, накапливались в 16-битном счетчике. Множественные периоды интегрирования (до 16) были назначены для каждого измерения для менее плотных атмосферных видов. Использовались автоматически выбранные диапазоны токов ионизирующих электронов. Общий динамический диапазон измерений был больше 1.E7. ^[10]

Ионный датчик с холодным катодом , установленный на Explorer 51 (AE-C), был в первую очередь инженерным экспериментом для получения данных о работе космического корабля. Однако данные этого эксперимента были сопоставлены с данными акселерометра и емкостного манометра для оценки характеристик сопротивления спутника. Ионный датчик, также называемый датчиком давления A (PSA), измерял атмосферное давление в области между 120 км (75 миль) и 370 км (230 миль) над поверхностью Земли для значений атмосферного давления от 1,3E-3 до 1,3E-7 мб . Расчетная точность PSA составляла ± 20%. Цилиндрический пакет датчика состоял из клиновидного отверстия, катода вблизи потенциала земли, анода, работающего при напряжении около 1300 В постоянного тока, и постоянного магнитного поля около 1600 гаусс . Датчик не содержал первичного источника ионизирующих электронов. Разряд инициировался полевой эмиссией и был самоподдерживающимся при давлении выше 1,3E-7 мб. Ионный ток собирался на катоде. Датчик был установлен на космическом аппарате, с отверстием, перпендикулярным оси вращения космического аппарата, которая была нормальна к плоскости орбиты. Прибор мог работать в двух режимах: вращение или деспункция. Когда космический аппарат находился в режиме вращения, PSA поочередно измерял давление плунжера и следа. Когда космический аппарат находился в режиме деспунции, PSA был повернут на 30° от направления движения. Данные этого эксперимента не записывались на пленку, но наблюдались в реальном времени. ^[11]

CEP состоял из двух идентичных приборов, предназначенных для измерения температуры электронов, концентрации электронов и ионов, массы ионов и потенциала космического корабля. Один зонд был ориентирован вдоль оси вращения космического корабля (обычно перпендикулярно плоскости орбиты), а другой радиально, так что он мог наблюдать в направлении вектора скорости один раз за 15-секундный период вращения. Каждый прибор представлял собой устройство с зондом Ленгмюра с замедляющим потенциалом , которое создавало кривую вольт-амперной характеристики (IV) для известного рисунка напряжения, помещенного на коллектор. Для измерения тока использовались электрометры. Существовало две системы работы (одна с двумя режимами и другая с тремя режимами), использующие рисунки напряжения коллектора между плюсом и минусом 5 вольт. Большинство режимов включали автоматическую или фиксированную регулировку пределов напряжения коллектора (и/или выходного сигнала электрометра) таким образом, чтобы интересующая область на профиле IV обеспечивала высокое разрешение. Каждая система была разработана для использования только с одним из зондов, но их можно было переключать между собой для обеспечения резервного резервирования. Лучшие измерения в наиболее благоприятных режимах обеспечивали временное разрешение в 1 секунду; температура электронов от 300 К до 10 000 К (точность 10%); плотность ионов от 10 000 до 10 000 000 ионов/см3 (точность 10-20%); плотность электронов от 50 до 1 000 000 электронов/см3; и масса ионов при плотности ионов выше 10 000 ионов/см3. Каждый зонд имел коллекторный электрод, выступающий из центральной оси цилиндрического защитного кольца. Охранное кольцо длиной 2,5 см (0,98 дюйма) находилось на конце стрелы длиной 25 см (9,8 дюйма), а коллектор выступал еще на 7,5 см (3,0 дюйма) за пределы защитного кольца. Стрела, охрана и коллектор имели диаметр 0,2 см (0,079 дюйма). ^[12]

Extreme Solar Ultraviolet Monitor (ESUM) выполнил абсолютные широкополосные спектрорадиометрические измерения потока солнечного EUV от 200 ангстрем (A) до Лайман-альфа при 1216 A и выполнил точные измерения временной изменчивости - приблизительно 1% за один оборот Солнца. Прибор состоял из двух идентичных безоконных EUV- фотодиодов с катодами из оксида алюминия и фильтрующего колеса, содержащего два набора неподсвеченных металлических фильтров (алюминий, олово , индий ) и открытое положение. Видимый светодиод измерял пропускание точечного отверстия фильтров для определения фона белого света. Угол наклона прибора относительно оси космического аппарата +Z был оптимизирован для максимального времени наблюдения Солнца как в режиме вращения, так и в режиме деспининга космического аппарата. Поле зрения прибора составляло 60°. Номинальные полосы пропускания (для 50% сигнала) составляли 270–550 А, 570–584 А, 800–935 А и 1216 А. ^[13]

Этот эксперимент обеспечил прямые измерения поступления энергии в верхнюю атмосферу из-за электронов и протонов в диапазоне энергий от 0,2 до 25 кэВ. Эксперимент получил дифференциальные измерения притока энергии и углового распределения. Было два детектора, измеряющих электроны и протоны от 0,2 до 25 кэВ в 16 логарифмически разнесенных шагах, и один детектор, измеряющий электроны 5 кэВ непрерывно. Каждый детектор состоял из цилиндрического электростатического анализатора для отбора видов и энергии и электронного умножителя Spiraltron для обнаружения частиц. Распределения энергии были получены путем подачи различных фиксированных или ступенчатых напряжений на отклоняющие пластины. Распределения по углу измерялись с использованием вращения космического корабля и положения анализаторов на космическом корабле. В режимах despun измерения были получены под углом 45° к экватору космического корабля и радиально от Земли. Углы обзора детектора были выбраны для обеспечения оптимального покрытия угла магнитного питча, когда космический корабль двигался либо к полюсу, либо к экватору. Все детекторы были идентичны по конструкции и использовали входные отверстия 1 x 6 мм. Отсчеты накапливались в течение 55,7 мс и считывались каждый основной кадр телеметрии (62,5 мс). Двухступенчатые детекторы перемещались на один энергетический шаг один раз в каждом основном кадре с тем же временем накопления, требуя около 1 секунды для полного цикла шагов. ^[14]

Магнитный ионно-масс-спектрометр был запущен для измерения in situ концентраций окружающих ионных видов в диапазоне масс от 1 до 90 атомных единиц массы (u). Он был установлен на экваторе спутника перпендикулярно оси вращения, а входное отверстие было обращено вперед, когда космический аппарат находился в режиме деспунтинга. Электрические и магнитные поля были расположены так, чтобы создавать массовый спектр вдоль фокальной плоскости после магнитного анализатора. Три щели были размещены вдоль фокальной плоскости в соответствующих местах для одновременного сбора ионов в массовых отношениях 1 к 4 к 16. Ионы ионосферы ускорялись в системе анализатора отрицательным напряжением, которое варьировалось от -1060 до -225 вольт. Три диапазона масс, измеряемых одновременно, составляли 1 к 4, 4 к 16 и 16 к 90 единицам. После каждой щели находился электронный умножитель и логарифмический детектор электрометра-усилителя. Выходной сигнал детектора можно было измерить напрямую для аналогового выхода, или его можно было подать на схему «пика», которая определяла амплитуду каждого пика в спектре. В режиме первичных пиков телеметрировалась только амплитуда каждого пика, и в этом режиме время, необходимое для одновременной развертки всех трех диапазонов масс, составляло 1 секунду. Возможны были и другие режимы работы. В аналоговом коротком режиме три диапазона масс разворачивались за 4 секунды, чередуясь со сканированием в режиме «пиков» длительностью 1 секунду. В аналоговом длинном режиме требовалась развертка длительностью 8 секунд, снова чередующаяся со сканированием в режиме пиков длительностью 1 секунду. В заблокированном режиме существовала возможность непрерывного измерения любого набора массовых чисел в соотношении 1 к 4 к 16 для получения высокого пространственного разрешения. ^[15]

В этом эксперименте измерялась кинетическая температура нейтральной атмосферы путем определения мгновенной плотности молекулярного азота в сферической камере, соединенной с атмосферой через отверстие с ножевым краем. Анализ измеренного изменения плотности молекулярного азота в течение цикла вращения со знанием движения и ориентации спутника привел к определению температуры окружающей среды, независимой от высоты шкалы. Также было получено измерение плотности окружающего азота. Также было проведено альтернативное измерение нейтральной температуры с использованием перегородки, вставленной перед отверстием, чтобы перехватить часть потока частиц газа, поступающего в камеру. Когда спутник находился в режиме деспининга, перегородка была вынуждена колебаться ступенчатым образом, чтобы прервать поток частиц, видимый камерой с отверстием. Эти изменения плотности камеры были интерпретированы для получения кинетической температуры нейтрального газа. Двухнитевой источник ионов отбирал образцы термализованного молекулярного азота в камере и производил плотность ионного пучка, пропорциональную плотности азотной камеры. Из источника этот ионизированный азотный пучок направлялся из квадрупольного анализатора, настроенного на пропускание тех частиц, чье отношение массы к заряду (M/Q) составляет 28, на электронный умножитель. Выходные импульсы усиливались и подсчитывались в 16-битном аккумуляторе. Эксперимент также обеспечивал измерения нейтрального состава атмосферы при задании соответствующего режима и впервые измерял локальный ветер (вертикальные движения). Значения ветра определялись путем измерения положения «потока» относительно скорости спутника. Когда космический аппарат находился в режиме деспининга, измерялась плотность азота, за исключением случаев, когда поток частиц прерывался перегородкой. Датчик был вакуумно запечатан перед запуском и открыт для атмосферы после того, как космический аппарат находился на орбите. ^[16]

Целью этого эксперимента было внести вклад в изучение химических, динамических и энергетических процессов, которые управляют структурой термосферы, путем обеспечения прямых измерений in situ как основных, так и второстепенных нейтральных атмосферных компонентов, имеющих массы в диапазоне от 1 до 48 атомных единиц массы (u). Был запущен двухфокусный магнитно-отклоняющий масс-спектрометр Маттауха-Герцога с ударным ионным источником. Были включены два ионных коллектора для измерения ионов, отличающихся по массе в 8 раз, т. е. два охватываемых диапазона масс составляли от 1 до 6 единиц и от 6 до 48 единиц. В ионном источнике нейтральные виды ионизировались посредством электронного удара. На высотах более 380 км (240 миль) ионные токи измерялись с помощью электронного умножителя, подсчитывающего отдельные ионы. Отсчеты накапливались в течение 1/20 секунды перед автоматическим переключением на другое массовое число. Хотя можно было просканировать полный масс-спектр, в обычном режиме работы использовался пиковый шаг, при этом показания основных пиков в масс-спектре повторялись примерно каждые 0,5 секунды, а для других видов — реже. Данные ниже 380 км (240 миль) измерялись с помощью электрометра. В дополнение к пиковому шаговому режиму существовало несколько других рабочих режимов, которые выбирались по команде с земли. В режиме пролета напряжения источника ионов регулировались таким образом, чтобы не было электрического поля, вытягивающего ионы из электронного пучка при их образовании. Окружающие частицы, ударяющие по источнику ионов, сохраняли энергию менее 0,1 эВ, что было недостаточно для преодоления отрицательного потенциала пространственного заряда, удерживающего ионы в пучке. Те окружающие частицы, которые не ударяли по источнику ионов, сохраняли свою входящую энергию в несколько эВ после ионизации и выходили в ускоряющую область анализатора. Ускоряющий потенциал электронов составлял 75 эВ в нормальном режиме работы и 25 эВ в режиме пролета. В другом режиме работы прибор автоматически переключался на последовательность масс, представляющих особый интерес, например, между массами 16 и 32 или между массами 28 и 32. ^[17]

Этот эксперимент был разработан для получения информации об интенсивности, угловом распределении, энергетическом спектре и чистом потоке вдоль линий поля электронов в термосфере с энергиями от 1 до 500 эВ. Прибор состоял из двух идентичных противоположно направленных полусферических электростатических анализаторов и 30 рабочих режимов. Каждый спектрометр имел относительное энергетическое разрешение ± 2,5% и геометрический фактор порядка 0,001 см ² ср, независимо от энергии электронов. Можно было считывать три отдельных диапазона энергии: от 0 до 25, от 0 до 100 или от 0 до 500 эВ. Измерения из этих интервалов можно было упорядочивать пятью различными способами. Данные можно было снимать с любого датчика отдельно или попеременно с временным разрешением от 0,25 до 8 секунд. Было два значения скорости сканирования отклоняющего напряжения, определяемые часами космического корабля. Это напряжение изменялось за 64 шага и выполнялось на 4 или 16 шагах на кадр телеметрии. При 16 кадрах/с это позволяло выбирать либо один спектр из 64 точек, либо четыре спектра из 16 точек за 1 секунду. Самый длинный (8-секундный) цикл данных включал наблюдения с использованием увеличивающихся шагов напряжения для самого низкого, среднего, самого низкого, затем самого высокого диапазонов энергии (в этом порядке) в течение 1 секунды каждый. Повтор для уменьшающегося шага напряжения завершал цикл. ^[18]

Этот эксперимент был разработан для определения векторных скоростей дрейфа ионов, концентрации и температуры ионов, а также потенциала космического корабля. Индекс ионосферной неоднородности также был получен с датчика концентрации ионов. Эксперимент состоял из анализатора потенциала замедления с четырьмя плоскими головками датчиков. Головка датчика, используемая для измерений дрейфа ионов, была совмещена с другой головкой, и все они были разнесены почти на одинаковое расстояние, глядя наружу от экватора спутника. Поскольку ось вращения спутника была перпендикулярна плоскости орбиты, эти головки могли наблюдать вдоль вектора скорости космического корабля как в режиме вращения, так и в режиме деспина космического корабля. Основной целью этого эксперимента было получение точных температур ионов, а другие измерения имели второстепенное значение. Три головки датчиков были похожи. Они имели две заземленные входные сетки, две замедляющие сетки, сетку-супрессор, сетку-экран и коллектор. Линейное напряжение развертки (от 32 или 22 до 0 вольт, вверх или вниз) обычно подавалось на замедляющие сетки в течение 0,75 секунды. Интерпретация полученных профилей тока-напряжения предоставила температуру ионов, концентрацию ионов и электронов, некоторую информацию о составе ионов, потенциал транспортного средства и скорость дрейфа плазмы, параллельную вектору скорости. Два из трех подобных датчиков имели дополнительную сетку между входной и замедляющей сетками для защиты внутренних сеток от ионной бомбардировки во время электронных измерений. Другой важной особенностью этих двух датчиков было то, что можно было применить небольшое положительное смещение коллектора для обеспечения адекватного доступа тепловых электронов к коллектору. При постоянном нулевом напряжении замедляющей сетки можно было наблюдать изменения тока в течение 3-секундных периодов для получения градиентов концентрации ионов. Параметры электронов измерялись аналогично ионам. Можно было идентифицировать ионы в массовых диапазонах от 1 до 4, от 14 до 16, от 24 до 32 и более 40 атомных единиц массы. Четвертая головка датчика была для измерений скорости дрейфа ионов и состояла из четырех заземленных сеток, отрицательно смещенной подавляющей сетки и четырехсегментного коллектора. Различия в токах различных сегментов коллектора давали информацию о направленном компоненте дрейфа ионов. ^[19]

Спектрометр экстремального ультрафиолета (EUVS) использовался для наблюдения за изменениями потока солнечного EUV в диапазоне длин волн от 140 до 1850 А и атмосферного затухания на различных фиксированных длинах волн. Это дало количественные данные о структуре и составе атмосферы. Прибор состоял из 24 монохроматоров с решеткой скользящего падения , использующих системы параллельных щелей для входной коллимации и фотоэлектрические детекторы на выходных щелях. Двенадцать из этих монохроматоров имели возможность сканирования длины волны, каждый со 128 выбираемыми позициями длины волны, которые также могли автоматически пошагово сканировать через эти позиции. Остальные 12 монохроматоров работали на фиксированных длинах волн с полями зрения, меньшими, чем полный солнечный диск, для помощи в анализе атмосферного поглощения. Спектральное разрешение варьировалось от 2 до 54 А в зависимости от конкретного прибора. Поле зрения варьировалось от 60 x 60 угловых минут до 3 x 6 угловых минут. Все 24 оси входа монохроматора были выровнены параллельно. Система наведения Солнца могла указывать на 256 различных позиций, выполнять 16-шаговое одномерное сканирование или полный 256-шаговый растр. Временное разрешение варьировалось от 0,5 секунд для наблюдения 12 фиксированных длин волн до 256 секунд для программирования EUVS через все возможные режимы. ^[20]

В этом инженерном эксперименте измерялась температура удара при низких перигеях. ^[21]

Этот эксперимент с ультрафиолетовым оксидом азота (UVNO) состоял из двухканального спектрометра Эберта-Фасти с фиксированной решеткой, который измерял свечение воздуха в гамма-диапазоне (1, 0) в области 15-A с центром в 2149 A. Наблюдаемая интенсивность была получена резонансной флуоресценцией солнечного света молекулами оксида азота в поле зрения прибора. Полученные профили интенсивности дали высотные профили плотности оксида азота как функцию времени и местоположения. Профили измерялись вдоль траектории спутника в те моменты, когда он находился на освещенной солнцем стороне Земли. Дистанционный характер эксперимента UVNO позволял проводить измерения оксида азота на высотах как выше, так и ниже перигея спутника. По мере вращения космического корабля спектрометр, который смотрел наружу через обод спутника, неоднократно переносил свое поле зрения вниз через атмосферу на лимб Земли, и были получены высотные профили интенсивности испускаемого свечения воздуха. Ниже некоторой высоты измеренный сигнал на 2149 А был загрязнен солнечным светом, рассеянным Рэлеем. Чтобы исправить это загрязнение, второй канал измерял только интенсивность рассеянного света в области 12 А с центром на 2190 А. Два канала были оптически и электрически независимы. Интенсивность свечения воздуха оксида азота определялась путем взятия разницы между этими двумя измерениями. Сферическое зеркало телескопа из плавленого кварца датчика имело фокусное расстояние 125 мм и фокусировало падающий свет на входной щели спектрометра. Из этой щели свет попадал на половину зеркала Эберта и коллимировался на решетку. Решетка 3600 линий на мм возвращала его коллимированным на другую половину зеркала, и свет фокусировался на двух выходных щелях. Поле зрения спектрометра составляло 4° X 1/4°, с длинной осью, параллельной оси вращения космического корабля, и, следовательно, параллельной наблюдаемому лимбу. При нормальной работе каждый канал интегрировался в течение 20,8 мс и считывался поочередно с интервалом 10,4 мс. Прибор был защищен от загрязнения внутренним рассеянием нерассеянного света вне оси. ^[22]

В этом эксперименте использовался фильтрующий фотометр, предназначенный для измерения различных характеристик свечения атмосферы и полярных сияний в спектральном диапазоне от 3000 до 7500 А. Основной информацией, полученной в ходе этого эксперимента, были скорости возбуждения атомных и молекулярных составляющих термосферы. Для миссии Explorer 51 (AE-C) для изучения были выбраны следующие шесть конкретных линий и полос, поскольку они играют важную роль в фотохимическом энергетическом балансе атмосферы (выраженном в ангстремах ): 3371, 4278, 5200, 5577, 6300 и 7319. Излучения измерялись парами: 5577 и 6300, 7319 и калибровка, 3371 и 5577, 5200 и 7319, 4278 и 3371, калибровка и 5200, и 6300 и 4278. Две оптические системы, рассматриваемые под прямым углом друг к другу. Каждая из них использовала комбинацию простой объективной линзы и полевой диафрагмы для определения поля зрения, и каждая содержала многоступенчатую световую перегородку. Широкоугольная высокочувствительная система (обозначенная каналом 2) имела поле зрения 3° полуугла и использовалась для измерения ночного свечения, дневного свечения над спутником и других слабых эмиссионных характеристик. Менее чувствительная система (обозначенная каналом 1) имела поле зрения приблизительно 0,75° полуугла и использовалась для измерений дневного свечения и горизонта ночного свечения, а также дискретных авроральных характеристик, которые показывали сильные пространственные градиенты. Оба оптических канала имели диаметр 2,2 см (0,87 дюйма). Они совместно использовали колесо фильтров, которое содержало шесть интерференционных фильтров на длинах волн, указанных выше, и две другие позиции. Одна была темной позицией для измерений шума, а другая была калиброванной позицией. Динамический диапазон прибора составлял 1,E16 фотонов на см ² (1,E6 Рэлея ). Для того, чтобы датчики реагировали за доли секунды на большие изменения поверхностной яркости без заметного усиления фоновой скорости счета, каждый из них содержал аттенюатор 1/100 и электронную схему для обратного смещения катода. С этими защитными функциями стало возможным измерить темную функцию без явного усиления фона в течение 120 мс после прямого взгляда на солнце. Фотоны, достигающие катода, регистрировались с помощью системы подсчета импульсов. ^[23]

• Исследователь 32
• Программа-проводник