アルセ

ALSE (アポロ月探査機実験) (NASA の名称では科学実験 S-209 とも呼ばれる) は、アポロ 17 号ミッションで実施された地中探査レーダー(地下探査機) 実験である。

この実験では、レーダーを使用して月の表面と内部を調査しました。波長 2 ～ 60 メートル (周波数 5、15、150 MHz) のレーダー波が、アポロ サービス モジュールの背面近くにある一連のアンテナを通じて送信されました。波は月で反射した後、同じアンテナを使用して受信され、データは地球上での分析用にフィルムに記録されました。この実験の主な目的は、地震波を使用して月の内部構造を調査するのと似た方法で、月の地殻の上部 2 キロメートルを「見る」ことでした。これが可能になったのは、非常に長いレーダー波長が使用されたことと、月が非常に乾燥しているため、月の岩石に水が含まれていた場合よりもレーダー波が月のはるかに深いところまで浸透できたためです。(スペース シャトルのレーダー実験は、同様にサハラ砂漠の下にある古代の川の谷の地図を作成するために使用されました。) この実験では、月の地形に関する非常に正確な情報も提供されました。この実験では、月を研究するだけでなく、天の川銀河からの電波放射も測定した。

この実験により、しるしの海、晴れの海、嵐の大洋、その他多くの海域の地表下の構造が明らかになった。 ^[1]海域では、地層が盆地のいくつかの異なる部分で観測されたため、広範囲に分布する地形であると考えられる。反射されたレーダー波の特性に基づくと、この構造は、これら2つの海の盆地を満たす玄武岩の中に層状に形成されていると考えられる。晴れの海では、地表下0.9キロメートルと1.6キロメートルの深さで地層が検出され、しるしの海では、地表下1.4キロメートルの深さで地層が検出されている。この実験では、海の玄武岩の底は明らかに検出されなかった。しかし、しるしの海では、ルナサウンダー実験の結果と他の観測結果を組み合わせて、玄武岩の総厚は2.4〜3.4キロメートルと推定された。

ルナサウンダー実験は、月のしわの尾根についての理解にも貢献しました。これらの長くて低い尾根は、月の海の多くの場所で見られます。ほとんどの月の地質学者は、これらの尾根は、30 億年以上前に月の地殻の断層に沿った動き (「月震」) によって月の表面が変形したときに形成されたと考えています。これらの地域の数キロメートルの海の玄武岩の重さによって月の表面がいくらかたわみ、この動きによって表面がいくつかの場所で曲がってしわの尾根が形成されました。しかし、他の科学者は、これらの尾根は月の表面または地殻内のマグマの流れによって形成された火山の特徴であると示唆しました。ルナサウンダー実験は、晴れの海南部のいくつかのしわの尾根を詳細に調査し、これらの尾根の地形と、これらの尾根の下の地殻の構造の両方に関する情報を提供しました。これらの結果は、しわ状の尾根が主に断層に沿った動きによって形成されたという考えを裏付けている。^[2]

ALSE 機器は、2 つのHFバンド (5 MHz: HF1 と 15 MHz: HF2) の中心周波数と 1 つのVHFバンド (150 MHz) で動作し、それぞれの帯域幅は 10% (チャープ信号を使用) でした。2 つの HF バンドは同じセンターフィードダイポールアンテナを共有し、VHF チャネルには 7 素子の八木アンテナが使用されました。HF (PRF ごとに HF1 と HF2 の間で交互に動作) と VHF には 2 つの異なるトランシーバーが使用され、共通の光レコーダーが共有されました。VHF と HF で同時に動作することはできませんでした。システム全体の重量は 43 kg で、103 W の電力を必要としました。電子機器は、アポロ サービス モジュール内にありました。ダイポール アンテナの 2 つの半分は、サービス モジュール自体の両側に格納可能でしたが、VHF に使用される八木はメイン エンジンの近くに格納され、打ち上げ後に所定の位置に展開されました。

実験の主な目的は地下層のマッピングであるため、設計における最も重要なトレードオフは浸透深度と解像度でした。周波数が低いほど浸透は大きくなりますが、信号帯域幅が狭くなり、解像度が最悪になり、その結果、地表近くの地下エコーを識別する能力に影響を及ぼしました。探査能力は、次の要因によっても影響を受けました。

• 圧縮チャープのレンジサイドローブ: 適切に制御しないと、弱い地下エコーが隠されてしまう可能性があります。ALSE は、3 番目のローブ以降のピーク対サイドローブ比が最​​小 45  dBになるように設計されています。
• 表面のオフナディア クラッターの戻りは、同じ遅延を持つ地下エコーと混同される可能性があります。進路に沿ったクラッターを減らすために、地上処理で合成開口が生成され、有効なアンテナ フットプリントが狭くなります。

代わりに、進路を横切る散乱体からの乱雑さは、表面の地形に関する知識から推測する必要がありました。

受信機のダイナミック レンジ内で信号の割り当てを最適化するために、すべてのチャネルに自動ゲイン制御 (AGC) 機能が組み込まれました。AGCの更新レートは 30 秒でした。HF および VHF トランシーバーの両方で、SAR処理の位相コヒーレンスを維持するために、安定したローカル発振器 (STALO) と同期した掃引発振器によってチャープ信号が生成されました。受信信号は IF で変換され、信号振幅を使用してCRT (PRF レートで掃引)の振幅変調が行われ、次に 70 mm フィルムに印刷されてデータが光学的に記録されました。より広い帯域幅のVHFチャネルには高い記録速度が必要であるため、記録されるデータの量を最小限に抑えるために、このチャネルではエコー追跡システムを使用して、主な地表反射とそれに続く 70 μs のエコーのみを取得して記録しました。さらに、このチャネルでは、弱い地表反射のダイナミック レンジを最大限に活用するために、主な地表エコーの到着から 13 μs 後に受信機のゲインが増加しました。

レコーダーはサービスモジュールに設置されていたため、宇宙飛行士のロン・エバンスは月からの帰還飛行中に 船外活動(EVA)を行い、記録されたフィルムを回収しました。

地上の処理施設では、方位角および/または距離の圧縮を実行する完全な光学処理 (当時のSAR処理の標準的なアプローチ) と、後でデジタル処理するために大まかなデータまたは方位角圧縮されたデータをデジタル化することの両方が可能でした。

開発段階では、改良されたALSEプロトタイプがKC-135航空機に搭載され、米国南東部とグリーンランド上空で音響テストを実施し、システムの機能を実証しました。

ALSEレーダーの主なパラメータは以下の表にまとめられている。^[3]

• 月惑星研究所におけるアポロ17号ミッション