Эксперимент по определению теплового потока
Эксперимент по определению теплового потока (Heat Flow Experiment, HFE) — научный эксперимент НАСА США, целью которого было измерение скорости потери тепла с поверхности Луны. Четыре эксперимента были проведены на борту миссий «Аполлон». Два эксперимента были успешно развернуты в рамках миссий «Аполлон-15» и «Аполлон-17». Прибор на «Аполлоне-16» был установлен, но кабель от него до центральной станции ALSEP оборвался, и эксперимент провести не удалось. На борту «Аполлона-13» проводился эксперимент с тепловыми потоками, но полет был прерван, и прибор так и не достиг поверхности[1].
Справочная информация[править]
Ко времени проведения миссий «Аполлон» установление некоторых тепловых свойств поверхности Луны было уже вполне осуществимо. Измерение инфракрасного излучения с помощью телескопа и измерение спектров микроволнового излучения Луны уже было возможно с поверхности Земли[1]. Эти методы позволили установить некоторые характеристики поверхности Луны, включая температуру, теплопроводность и теплоемкость[2]. Степень ограничения этих свойств была связана с низким уровнем ИК-излучения, большой длиной волны, ограничивающей разрешение данных, и тем, как тепловые свойства Луны изменяются с глубиной[2].
Предложение об измерении теплового потока с Луны не может быть приписано какому-то одному человеку, учитывая большое количество предложений, поступивших в НАСА от представителей научных кругов, промышленности и научных групп самого НАСА. Несколько из них предложили провести такой эксперимент[2]. В результате был сформирован небольшой комитет для изучения возможности проведения тепловых измерений на Луне[2]. Комитет решил, что в центре внимания любого теплового эксперимента должен быть тепловой поток из недр Луны[2].
Комитет рассмотрел несколько подходов, включающих несколько измерительных зондов, и еще один, включающий «одеяла». Метод «одеяла» был первоначально исключен из-за сложности согласования теплового альбедо зондов-«одеял» с тепловым альбедо поверхности Луны[2]. Метод, который лег в основу работы прибора, представлял собой цилиндрический нагреватель, соединенный с датчиком температуры на заданном расстоянии. Дальнейшая работа группы показала, что зонд должен быть введен в недра, чтобы избежать больших колебаний температуры, вызванных циклом день-ночь на поверхности[2]. Основным подрядчиком по созданию прибора была выбрана компания Bendix Corporation, а субподрядчиком — Arthur D. Little[2]. Для разработки электронной схемы была выбрана компания Gulton Industries Inc[2].
В связи с необходимостью размещения зонда на глубине, было известно, что потребуется бур для проникновения в лунную поверхность[2]. Разработкой бура руководила компания Martin Marietta, уже работавшая с НАСА[2].
Миссии[править]
«Аполлон-13»[править]
Эксперимент с тепловыми потоками первоначально планировалось провести на «Аполлоне-13», но из-за срыва миссии он не состоялся. Прибор сгорел в атмосфере Земли еще на борту лунного модуля[3]. Для установки HFE на «Аполлон-14» не хватило времени[2].
Неудача «Аполлона-13», по мнению его главного исследователя, повлияла на сбор научных данных. На месте планируемой посадки «Аполлона» было обнаружено значительное количество долгоживущих радиоизотопов. Главный исследователь проекта считал, что если бы была предпринята попытка развертывания приборов «Аполлона-13», то это позволило бы в последующих миссиях решить проблемы, возникшие с буром и компактным реголитом[2].
«Аполлон-15»[править]
Бурение отверстий на «Аполлоне-15» осуществлял Дэвид Скотт, командир миссии. После бурения на глубину 100 см бур стал работать неэффективно, но, несмотря на ряд трудностей, Скотту удалось пробурить отверстие на глубину 170 см. Далее было принято решение вставить первый зонд, чтобы проверить его работоспособность[2][4]. Началось бурение второго отверстия, но сразу же возникли трудности, и завершение второго отверстия было отложено. Глубина второго отверстия составила всего 100 см, и зонд оказался не полностью под лунной поверхностью[2][4]. Несмотря на эти трудности, зонды смогли снять показания[2][4].
Причина трудностей заключалась в том, что глубокие слои лунного грунта не нарушались в течение как минимум полумиллиарда лет, что привело к экстремальному уплотнению[2].
«Аполлон-16»[править]
На «Аполлоне-16» отверстия для зондов копал Чарльз Дьюк, которому удалось опуститься на глубину 3 м под поверхность[5]. Бур на «Аполлоне-16» был модифицирован, чтобы устранить проблемы, возникшие во время предыдущей миссии «Аполлона-15». Эксперимент закончился, не успев начаться, когда Джон Янг споткнулся о кабель, соединяющий эксперимент с центральной станцией ALSEP[6][5]. Кабель был рассчитан на растяжение при натяжении, но не был рассчитан на разрыв. Возможность ремонта рассматривалась, но была отклонена, поскольку для этого требовалось несколько часов работы[5].
«Аполлон-17»[править]
Обе скважины «Аполлона-17» были пробурены, и оба зонда были установлены без проблем и продолжали работать в течение нескольких лет[2].
Наука[править]
В ходе эксперимента было установлено, что на самой ближней поверхности лунного реголита, составляющей несколько сантиметров, преобладает радиационная передача тепла. Это объясняется прежде всего тем, что материал довольно рыхлый, а ограниченный контакт частиц почвы снижает кондуктивный перенос[2]. Во время лунного полудня 70 % всего теплообмена было радиационным[2]. После первых 2—3 см уплотнение почвы увеличивается, а последующая плотность возрастает с 1,1-1,2 г/куб. см до 1,75-2,1 г/куб. см. В результате значительно увеличивается теплопроводность[2].
По данным исследований HFE, тепловой градиент составляет 1,5-2,0 К/м, а тепловой поток — около 17 мВт/м2. При учете погрешности измерений это хорошо согласуется с сейсмическими и магнитными данными[1]. Это означает, что на глубине около 300 км температура будет относительно близка к плавлению[2].
Примечания[править]
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Clark, S. P. Some calculations pertaining to the feasibility of measuring lunar heat flow Final report англ.. NASA (1965).
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,20 2,21 Langseth, M. G. Lunar heat-flow experiment англ.. NASA (1977).
- ↑ Langseth, M. G. Lunar heat-flow experiment англ.. NASA (1977).
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Apollo 15 Preliminary Science Report. history.nasa.gov. Проверено 22 декабря 2023.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Ulivi Paolo, Harland David Michael Lunar Exploration: Human Pioneers and Robotic Surveyors. — Springer-praxs. — ISBN 1-85233-746-X.
- ↑ The Apollo 16 Flight Journal – Apollo 16 Flight Summary. history.nasa.gov. Проверено 22 декабря 2023.
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Эксперимент по определению теплового потока», расположенная по адресу:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
|---|