Akademia Górniczo Hutnicza

Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Praca dyplomowa
Geofizyka Stosowana

Badania geofizyczne w trakcie załogowej eksploracji Księżyca w ramach programu Apollo.

Mateusz Matt Harasymczuk

Promotor pracy
Prof. dr hab. inż. Kaja Pietsch

2.14. Lunar Surface Gravimeter Experiment (LSG)

Tab. 18. Lunar Surface Gravimeter Experiment (LSG)

Ośrodek badawczy

University of Maryland, USA

Misje

Apollo 17

Nazwa eksperymentu (j. ang.)

Lunar Surface Gravimeter Experiment

Nazwa eksperymentu (j. pol.)

Grawimetryczny pomiar powierzchni Księżyca

Dziedzina

Grawimetria

2.14.1. Przedmiot badania

Eksperyment Lunar Surface Gravimeter Experiment (LSG) był wykonany tylko raz, tj. podczas misji Apollo 17. Głównym celem LSG było potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych zgodnie z przewidywaną przez Einsteina teorią. W tym celu dokonano pomiaru odpowiedzi Księżyca na przeciągania pływowe (ang. tidal forces) Ziemi. Badano również wolną oscylację Księżyca w cyklach 15-sto minutowych i dłuższych. Zmierzono pionową składową zjawisk sejsmicznych o częstotliwościach dochodzących do 16 Hz. Uzupełniało to dane uzyskane z eksperymentu Passive Seismic Experiment (PSE) z misji Apollo 12, 14, 15 i 16 [Jon95].

2.14.2. Materiały i metody

../_images/LSG-diagram.gif

Ryc. 22. Diagram przedstawia eksperyment Lunar Surface Gravimeter Experiment (LSG). Źródło: [Tea99].

../_images/LSG-color.jpg

Ryc. 23. Diagram przedstawia eksperyment Lunar Surface Gravimeter Experiment (LSG). Kolorem niebieskim zaznaczono osłonę przeciwsłoneczną [Lin08].

../_images/LSG-photo.jpg

Ryc. 24. Zdjęcie wykonane podczas EVA 3 przedstawia eksperyment Lunar Surface Gravimeter Experiment (LSG). W tle widać stację centralną z elementem RTG po lewej i modułem lądownika LM. Przed wykonaniem tego zdjęcia astronauta Jack Schmitt tymczasowo pozostawił UHT w pobliżu urządzenia LSG. Źródło: NASA/AS17-134-20501 [Lin08].

W trakcie eksperymentu planowano użyć Księżyca jako anteny do badania fal grawitacyjnych i poznania przyczyny pływowego odkształcenia Księżyca. Instrument zaprojektowano w celu wykonania bardzo dokładnych (z precyzją 1:1011) pomiarów grawitacyjnego pola księżycowego i jego zmiany w czasie.

Urządzenie składało się z bardzo czułej wyważonej sprężyny, która funkcjonowała również jako jednoosiowy sejsmometr.

2.14.3. Przebieg eksperymentu

Po rozstawieniu przyrządu grawimetru podczas drugiego EVA w trakcie misji Apollo 17 odkryto, że wskaźnik sensora LSG nie może zostać ustawiony w pozycji zerowej. Astronauta Jack Schmitt próbował zresetować nastawienie urządzenia używając śruby mikrometrycznej. Problem występował także, gdy ponownie wypozycjonowano urządzenie i sprawdzono pozycję przegubu Kardana (ang. gimbal) [Jon95].

Podczas EVA 2 i 3 podjęto próbę naprawy urządzenia. Astronauta Schmitt uderzał w odkrytą górną pokrywę przegubu Kardana, wstrząsał eksperymentem we wszystkich kierunkach, ponownie wypoziomował instrument opierając o twarde podłoże oraz zweryfikował ustawienie kąta nachylenia osłony przeciwsłonecznej. Wszystkie te działania były wykonane w celu uwolnienia elementu masowego, który jak przypuszczano móg być zablokowany. Problem częściowo udało się rozwiązać poprzez wywołanie nacisku na wskaźnik za pomocą mechanizmu o zmiennej masie. Wartość ta była znacznie większa niż limity, z którymi zaprojektowano urządzenie. Spowodowało to częściowe skrócenie wskaźnika. Na wykonywanie prób naprawy poświęcono około 30 minut podczas EVA [Jon95].

2.14.4. Rezultaty

Późniejsza analiza wykazała, że problem był spowodowany błędem arytmetycznym w czujniku mas. Element był około 2% lżejszy niż poprawny dla operacji w polu grawitacyjnym o przyciąganiu wynoszącym 1/6 wartości na Ziemi. Ustawienia sensora za pomocą śruby mikrometrycznej pozwalały jedynie na poprawki do 1,5% w celu likwidacji niewielkich odchyłów i niedokładności. Błąd był wynikiem wielu rekonfiguracji urządzenia w roku poprzedzającym lot i pomyłki w konwersji wartości przyciągania grawitacyjnego z 1 g do 1/6 g [PBB+73].