美國“圣杯”攜帶儀器的科學儀器介紹

　　北京時間12月17日，據美國宇航局官方網站報道，美國宇航局的兩顆“圣杯”探測器——“圣杯-A”號和“圣杯-B”號——體積與一臺洗衣機相當，重量大約在200公斤左右。它們是一對雙胞胎兄弟，彼此將天線對準對方。由于這個原因，它們的MoonKAM（中學生月球知識獲取系統的英文首字母縮寫）位置存在差異，用于控制高度的星象跟蹤儀和用于測量彼此間距離變化的天線的角度也不同。在環繞月球飛行時，兩顆探測器一前一后編隊飛行，“圣杯-A”號跟在“圣杯-B”號后面。
　　“圣杯”探測器在設計上立基于美國空軍的實驗小衛-11技術驗證任務和宇航局火星偵察軌道器的航天電子設備。高度控制子系統提供三軸穩定控制，由一個陽光傳感器、星象跟蹤儀、反應輪和慣性測量裝置構成。
　　“圣杯”探測器的電力子系統包括兩個太陽能電池板和一塊鋰離子電池。每個太陽能電池板能夠在任務結束時產生700瓦電量。它們在探測器脫離運載火箭后不久展開，整個任務期間固定不動。鋰離子電池的容量為30安培小時，負責探測器穿過月球陰影時提供電量�！笆ケ�”探測器的推進系統包括一臺肼催化推進器以及一個溫暖氣體系統，前者用于進入月球軌道和變軌，后者裝有8個推進器閥門，用于控制高度和其他小幅度機動。
　　遠程通訊子系統包括以下天線：
　　1.兩條S波段異頻雷達收發機天線，用于與地球進行通訊2.兩條X波段信標天線，用于從地球對月球近側進行多普勒測距3.S波段時間傳遞系統天線，用于兩顆探測器之間發送和接收時間同步代碼4.Ka波段測距天線，用于精確測量兩個探測器之間的距離兩條S波段異頻雷達收發機天線一條安裝在“圣杯”探測器向陽一側，另一條安裝在陰面。向陽一側的天線在滿月時對準地球，陰面的天線在新月時對準地球。這一系統省去了任務執行期間通過機械方式旋轉天線的需要。旋轉天線將改變探測器的重心，對科學測量造成干擾。
　　科學儀器每個“圣杯”探測器搭載兩個有效負荷，分別是月球引力測距系統（LGRS）這臺科學儀器，以及用于教育和公眾宣傳的月球成像系統MoonKAM。月球引力測距系統立基于重力恢復與氣候試驗任務（GRACE）的儀器。2002年以來，GRACE便對地球引力進行測繪。
　　月球引力測距系統負責傳輸和接收用于精確測量兩顆探測器間距離變化所需的數據。這一系統包括超穩定振蕩器（USO）、微波裝置（MWA）、時間傳遞裝置（TTA）和重力恢復處理器（GPA）。超穩定振蕩器為所有子系統提供穩定的參考信號。月球引力測距系統為微波裝置和時間傳遞裝置提供基準頻率。微波裝置負責將超穩定振蕩器的參考信號轉換成Ka波段頻率，后者將信號傳輸給另一顆探測器。
　　時間傳遞裝置的功能是，在兩顆探測器之間形成一個雙向時間傳遞鏈條，與月球引力測距系統的兩個時鐘同步并測量時鐘偏差。時間傳遞裝置產生來自于超穩定振蕩器基準頻率的S波段信號，向另一顆探測器傳輸類似GPS的測距碼。重力恢復處理器將從微波裝置和時間傳遞裝置接收到的所有指令整合在一起，產生輻射計數據，數據隨后傳到地面。除了獲取兩顆探測器間距離的測量數據外，月球引力測距系統還為地面提供基于超穩定振蕩器的單向信號，通過X波段無線電科學信標天線（RSB）傳輸。超穩定振蕩器的穩態漂移借助無線電科學信標（RSB）提供的單向多普勒數據進行測量。

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