ダイナミクス エクスプローラー 2

ダイナミクス エクスプローラー 2

下部に Dynamics Explorer 1 (Explorer 62)、上部に Dynamics Explorer 2 (Explorer 63) があります。
名前	エクスプローラー 63 ダイナミクス エクスプローラー B
ミッションタイプ	宇宙物理学
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
コスパーID	1981-070B
SATCAT番号	12625
ミッション期間	1年（計画） 1.5年（実績）
宇宙船の特性
宇宙船	エクスプローラー LXIII
宇宙船の種類	ダイナミクス エクスプローラー
バス	ドイツ
メーカー	ゴダード宇宙飛行センター
打ち上げ質量	420 kg (930 ポンド)
寸法	直径137cm（54インチ）、高さ115cm（45インチ）
力	115ワット
ミッション開始
発売日	1981年8月3日 09:56 UTC
ロケット	トールデルタ3913 （トール642 / デルタ155）
発射場	ヴァンデンバーグ、SLC-2W
請負業者	ダグラス・エアクラフト・カンパニー
入隊	1981年8月3日
ミッション終了
減衰日	1983年2月19日
軌道パラメータ
参照システム	地球中心軌道[1]
政権	低軌道
近地点高度	309 km (192 マイル)
遠地点高度	1,012 km (629 マイル)
傾斜	89.99°
期間	98.00 分
楽器
大気力学およびエネルギーの調査 ファブリ・ペロー干渉計 (FPI) イオンドリフトメーター (IDM) ラングミュアプローブ装置 (LANG) 低高度プラズマ装置 (LAPI) 低高度プラズマの調査 高角分解能 磁場観測 (MAG-B) 磁気圏エネルギーの大気への結合の調査 中性大気組成分光計 (NACS) 中性プラズマ相互作用の調査 減速電位分析装置 (RPA) ベクトル電場装置 (VEFI) 風および温度分光計 (WATS)
エクスプローラープログラム

ダイナミクス・エクスプローラー2（DE-2またはエクスプローラー63）は、1981年8月3日に打ち上げられたNASAの低高度ミッションでした。DE-1とDE-2の2つの衛星で構成され、磁気圏内のプラズマと電離圏内のプラズマの相互作用を調査することが目的でした。2つの衛星は同時に極共面軌道に打ち上げられ、大気圏の上部と下部を同時に観測することができました。^[2]

DE 2 宇宙船 (低高度ミッション) は、高高度ミッションのDynamics Explorer 1を補完し、中性粒子の組成、温度、風の測定が可能なほど十分に低い近地点の軌道に投入されました。遠地点は、超熱イオンの相互作用領域の上方での測定や、磁気圏磁力線の足元でのプラズマ流の測定が可能なほど十分に高かったです。Dynamics Explorer ミッションは、磁気圏の高温で希薄な対流プラズマと、地球の電離層、上層大気、プラズマ圏で共回転する低温で高密度のプラズマとガスを結合する強い相互作用プロセスを調査することです。2 つの衛星、DE-1 と DE-2 は同時に打ち上げられ、極共面軌道に配置され、同じ磁力線領域で高高度と低高度の同時測定が可能になりました。^[2]

宇宙船の一般的な形状は、直径 137 cm (54 インチ)、高さ 115 cm (45 インチ) の短い多角形でした。3 軸アンテナの先端から先端までの長さは 23 m (75 フィート) でした。遠隔測定用に 6 m (20 フィート) のブームが 1 本用意されていました。宇宙船の重量は 420 kg (930 ポンド) でした。電力は太陽電池アレイから供給され、2 つの 6アンペア時の ニッケルカドミウム電池を充電しました。宇宙船は3 軸安定化されており、ヨー軸は地球の中心に向かって 1° 以内に揃っていました。スピン軸は軌道面に対して 1° 以内で垂直で、スピン速度は 1 周あたり 1 回転でした。低高度プラズマ機器 (1981-070B-08) を搭載するために、単軸スキャン プラットフォームが含まれていました。プラットフォームはスピン軸を中心に回転しました。データは科学的問題指向に基づいて取得され、衛星と補助実験の両方のさまざまな機器の緊密な連携操作によって取得されました。測定値は、8:1の再生対記録比で送信される前に、一時的にテープレコーダーに保存されました。コマンドもコマンドメモリユニットに保存されていたため、宇宙船の操作はリアルタイムではありませんでした。^[2]

この調査の目的は、ジュール熱、粒子の沈殿、電場によって生成されたドリフトによる運動量移動などの形でのエネルギー蓄積に対する熱圏と電離圏の動的応答を研究することであった。その目的は、さまざまな現象の相対的な重要性と秩序化が起こる条件を決定することであった。さまざまなプロセスの相対的な重要性は地磁気活動によって変化するため、地磁気が静かな状態と乱れた状態の両方が調査された。理論モデルをツールとして使用し、主な目的は、磁気圏と熱圏の間のエネルギー結合に関与する物理プロセスを定量的に分析することであった。さまざまな DE 衛星機器から得られたデータに加えて、調査では地上の相関測定を使用する予定であった。^[3]

ファブリ・ペロー干渉計(FPI) は、熱圏温度、子午線風、および以下の準安定原子の密度を測定するために設計された高解像度リモートセンシング機器でした:原子状酸素(一重項 S および D) およびイオン性原子状酸素の 2P 状態。FPI は、干渉縞面をマルチチャンネルアレイ検出器で空間的にスキャンすることにより、熱圏の放射特性から検出された光の波長分析を実行しました。波長分析により、放射種のドップラー線プロファイルが特徴付けられました。コマンド可能な水平走査ミラーによって実行される連続高度スキャンにより、DE-2 軌道下の熱圏の熱力学的および動的状態の断面図が得られました。この調査から得られた情報を使用して、磁気圏電場によって引き起こされるエネルギー源と熱圏での太陽紫外線の吸収に対する熱圏の動的応答を研究しました。この機器は、大気圏探査プログラムで使用される可視大気光実験 (VAE) に基づいています。走査ミラー、ファブリ・ペロー・エタロン、像面検出器、較正ランプの追加が主な違いでした。干渉フィルターは、 5577、6300、7320、5896、5200（オングストローム単位）の線を分離しました。FPIの視野は0.53°（半円錐角）でした。1982年2月16日から1982年9月11日まで、DE-2衛星は反転され、FPIは銀河放射を計測しました。^[4]

イオンドリフトメーター(IDM) は、衛星の速度ベクトルに垂直な電離層プラズマ全体の動きを測定した。測定されたパラメータである水平および垂直のイオンドリフト速度の予想範囲は、± 4 km/s (2.5 mi/s) であった。測定の精度は、車両姿勢決定の予測精度 0.5° に対して、± 50 km/s (31 mi/s) であると予想された。測定の公称時間分解能は 1/32 秒であった。この調査により、(1) オーロラおよび極域電離層のイオン対流 (電場) パターン、(2) プラズマ圏内の磁力線に沿ったプラズマの流れ (これにより、この動きが単に原始圏の呼吸なのか、嵐の後のこの領域の再充填なのか、またはプラズマの半球間輸送なのかが判断される)、(3) 沿磁力線電流に対する熱イオンの寄与に関する情報が得られた。 (4) 低緯度と高緯度の両方で重要な小規模現象に関連する速度場、および (5) 飛行経路に沿った総濃度の大きさと変動。イオンドリフトメーターは、グリッド付きコリメーターと複数のコレクターを使用してセンサー面と平行なプラズマの動きを測定し、プラズマの到着方向を判定しました。機器の形状は、大気圏探査衛星で使用されているものと非常によく似ています。各センサーは、コリメーターとして機能する正方形の入口開口部、いくつかの電気的に絶縁されたグリッド、およびセグメント化された平面コレクターで構成されていました。センサーに対するイオンの到着角度は、異なるコレクターセグメントへの電流の比率を測定することによって決定され、これは電流の対数の差を取ることによって行われました。この比率を決定するために、2つの手法が使用されました。標準ドリフトセンサー (SDS) では、コレクターセグメントは2つの対数増幅器にペアで接続されていました。ユニバーサルドリフトセンサー (UDS) と呼ばれる2番目の手法では、両方のコンポーネントを同時に測定できました。ここでは、各コレクタセグメントは対数増幅器に恒久的に接続されており、2つの差動増幅器を使用して水平および垂直の到着角度を同時に決定しました。IDMは2つのセンサーで構成されており、1つはSDS出力を提供し、もう1つはUDS出力を提供します。1981年3月17日から1982年5月7日までの期間、機器のメモリに重大な障害が発生し、この期間中はイオン温度とドリフトが利用できませんでした。^[5]

ラングミュア・プローブ装置(LANG) は円筒形の静電プローブで、電子温度 (テルル(Te))、電子またはイオン濃度 (それぞれ Ne または Ni)、および宇宙船の電位を測定した。この調査のデータは、磁気圏電離圏システム内の熱エネルギーと粒子の流れに関連する磁力線に沿った温度と密度の測定、波動粒子相互作用の熱プラズマ条件の提供、および電離圏でのエネルギー蓄積による大規模で微細な電離圏効果の測定に使用された。ラングミュア・プローブ装置は、大気圏探査衛星およびパイオニア金星探査機で使用されたものと同一のものである。2 つの独立したセンサーが個別の適応スイープ電圧回路に接続され、変化する電子温度と宇宙船の電位を継続的に追跡する一方、自動レンジ電位計は変化するプラズマ密度に応じてゲインを調整した。この自動追跡を実現するために使用された制御信号により、各電圧-電流(VI) 曲線を遠隔測定することなく電離圏パラメータを継続的に監視できた。さらに、内部データ記憶回路により、選択されたVI曲線の高解像度、高データレートのサンプリングが可能になり、地上に送信して飛行中に処理されたデータを検証または修正することができました。時間分解能は0.5秒でした。^[6]

低高度プラズマ計測装置 (LAPI) は、5 eVから 32 keV までの陽イオンと電子の高解像度の速度空間測定と、35 keV を超えるエネルギーの電子のモニターを提供しました。ピッチ角測定は 180° の全範囲をカバーしました。この調査とサポート測定から得られたデータを使用して、(1) ビルケランド電流の識別と強度、(2) オーロラ粒子の発生源領域と加速メカニズム、(3) B に平行な E の存在と役割、(4) 極冠粒子フラックスの発生源と影響、(5) 磁気圏カスプ内および磁気圏カスプを通過するプラズマの輸送、(6) 高緯度フラックスチューブの動的構成、(7) 波動粒子相互作用のロスコーン効果、(8) 高温プラズマと低温プラズマの相互作用、(9) 粒子降下の電離層効果、(10) 高高度でのプラズマ対流が研究されました。この装置には、エネルギーの関数として詳細なピッチ角分布を得るために、それぞれ電子チャネルとイオンチャネルを備えた ISIS 2 タイプのパラボラ静電分析装置15 台が配置されていました。スキャン プラットフォームには 2 つのガイガー ミュラー カウンタが取り付けられていました。基本的な動作モードでは、5 eV から 32 keV の範囲で毎秒 32 ポイントのエネルギー スペクトルが得られました。静電分析装置の電圧はプログラム可能で、エネルギー分布と角度分布の限られた部分でより高い空間/時間分解能を実現できました。この装置は、磁力計によって制御される 1 軸スキャン プラットフォームに取り付けられていました。磁力計の目的は、180° に広がる検出器アレイを磁場に対してほぼ一定の角度に保つことでした。1982 年 3 月 16 日から 1982 年 4 月 4 日まで、この装置は修正措置のためにオフにされていました。^[7]

この調査では、高高度プラズマ計測器（1981-070A-05）と低高度プラズマ計測器（1981-070B-08）の両方で測定された超熱粒子分布関数を使用しました。目的は、（1）オーロラ加速メカニズムの特性と位置を研究すること、（2）磁場に平行な電場の性質と分布を決定すること、（3）磁気圏と電離圏を結合する主要な電流システムの電荷キャリアを特定すること、（4）これらの量と対流電場およびオーロラ発光パターンとの関係を決定することです。^[8]

ダイナミクスエクスプローラー1 (1981-070A-01)に搭載されていたものと同様の3 軸フラックスゲート磁力計(MAG-B)を使用して、磁気圏 - 電離圏 - 大気圏の結合を研究するために必要な磁場データを取得しました。この調査の主な目的は、2 機の宇宙船を使用して 2 つの異なる高度でオーロラ オーバルと極冠上の磁場沿磁力線電流を測定し、これらの測定値を調査 1981-070A-03 で得られた電場、プラズマ波、超熱粒子、熱粒子、およびオーロラ画像の観測と相関させることでした。磁力計には、8.E3 nT (8.E3 gamma ) の増分で周囲の磁場をデジタル補正する機能がありました。この装置には、独自の 12ビットのアナログ - デジタル コンバータ、各軸の 4 ビットのデジタル補正レジスタ、および 3 つの磁力計軸に沿って測定された磁場の 16 ビット表現からなる 48 ビットのデータ ワードを生成するシステム制御が組み込まれていました。トラック アンド ホールド モジュールを使用して、3 つの軸すべてで同時サンプルを取得しました。装置の帯域幅は 25 Hz でした。アナログ範囲は ± 6.2E4 nT、精度は ± 4 nT、分解能は 1.5 nT でした。時間分解能は 1 秒あたり 16 ベクトル サンプルでした。^[9]

この調査では、さまざまな宇宙船の機器からのデータを使用して、次のことを研究しました。(1)地球全体の熱圏ダイナミクス（対流、ジュール熱、粒子の沈殿、潮汐エネルギーによる磁気圏から熱圏へのエネルギー入力の影響）、(2)電離圏と磁気圏の間の熱プラズマの対流結合、および(3)プラズマ圏内の電離圏光電子のエネルギー損失メカニズム。^[10]

中性大気組成分光計 (NACS) は、中性大気の組成をその場で測定し、磁気圏から結合したエネルギーに対する中性大気の変化を研究するために設計されました。温度上昇、大規模循環セル、波動伝播はエネルギー入力によって生成されるため (それぞれ組成変化に特有の特徴があります)、測定によって磁気圏からのエネルギーの分配、流れ、蓄積を研究することができました。具体的には、調査の目的は、大気、電離層、磁気圏システムでの相互作用によって引き起こされる成分密度の変動に特に重点を置き、中性大気の組成を特徴付けることでした。使用された四重極質量分析計は、エクスプローラー51 (AE-C)、エクスプローラー 54 (AE-D)、エクスプローラー 55 (AE-E) ミッションで使用されたものとほぼ同じでした。電子衝撃イオン源はクローズド モードで使用されました。大気粒子はナイフエッジのオリフィスから前室に入り、そこで機器の温度まで熱化される。選択された電荷対質量比を持つイオンは、双曲電場を通って安定した軌道を描き、分析装置から出て、検出システムに入る。2.E6 のゲインで動作する軸外ベリリウム銅ダイノード増倍管は、各イオンの到着ごとに電子の出力パルスを提供する。検出器の出力は、選択された質量のイオン源内の中性密度に比例するパルスレートを持つ。機器には、入力オリフィスをスキャンして中性風の帯状および垂直成分をオプションで測定する 2 つのバッフルも含まれている。質量選択システムは、0 から 51 原子質量単位 (u) または各 0.2 単位の間の 256 の質量値を提供する。これらの質量数の 1 つを 8 つの 0.016 秒間隔のそれぞれに呼び出すことが可能であった。このシーケンスは 0.128 秒ごとに繰り返された。^[11]

この調査では、いくつかの宇宙船の機器からのデータを使用して、磁気圏-電離圏および熱圏の結合プロセスによって引き起こされる熱圏の大規模な中性プラズマ相互作用を研究しました。モデルの計画された使用法は、結合プロセスに必要な特定の重要な電離圏および大気の特性（ペダーセン伝導率やホール伝導率など）を、特定の高度で測定された衛星データを使用して一貫して計算する理論的枠組みを提供することです。計画されている例は次のとおりです。（1）非干渉性散乱レーダー測定やその他の地上ベースのサポートデータとの比較に役立つ電離圏特性の垂直プロファイルを計算する、（2）中性熱圏の熱および運動量源を特定および評価する、（3）高緯度の動的プロセスが地球規模の熱圏循環と熱構造を制御する際の有効性を判断する。^[12]

減速電位分析装置 (RPA) は、宇宙船の運動方向のバルクイオン速度、構成イオン濃度、および衛星経路に沿ったイオン温度を測定した。これらのパラメータは、RPA の内部減速グリッドに印加される電圧をスイープまたはステップさせることによって得られたイオン数フラックス対エネルギー曲線に対する最小二乗近似から導出された。さらに、別個の広口径センサであるダクトセンサが、総イオン濃度の不規則性のスペクトル特性を測定するために飛行した。この調査から得られた測定パラメータは、プラズマに影響を与えるメカニズムを理解する上で、すなわち太陽風と地球の大気との結合を理解する上で重要であった。測定は、大気圏探査衛星に搭載された計器と概念および形状が非常によく似た、マルチグリッド平面減速電位分析装置を使用して行われた。減速電位は、約 +32 から 0ボルトの範囲で可変であった。この電圧トレースの詳細、およびそれが連続的であるかステップ的であるかは、計器の動作モードによって左右された。これらの測定から推定された特定のパラメータは、イオン温度、車両電位、イオンドリフト速度のラム成分、イオンおよび電子濃度の不規則性スペクトル、および近地点近くのH +、He +、O +、Fe +および分子イオンの濃度でした。 [ ^13]

ベクトル電界計測器 (VEFI) は、飛行実証済みの 20 m (66 フィート) のベースラインを持つダブルプローブ技術を使用して DC 電界を測定しました。この電界調査の目的は、(1) 電離層高度で正確で包括的な 3 軸 DC 電界測定値を取得して、基本的な空間パターンを改良し、これらのパターンの大規模な時間履歴を定義し、全体的なパターン内の小規模な時間的および空間的変動を調査すること、(2) 電界が赤道面に投影される程度と領域を調査すること、(3)極低周波( ELF ) およびより低周波の不規則構造の測定値を取得すること、(4) 多数の相関研究を実行することでした。この計測器は、長さ 11 m (36 フィート)、直径 2.8 cm (1.1 インチ) の 6 つの円筒形要素で構成されていました。ベースライン、つまりこれら 2 メートル (6 フィート 7 インチ) の能動素子の中点間の距離は 20 メートルでした。アンテナは、振動を防止し、抗力に対する剛性を高めるために、端に沿って連結されていました。基本的な電子システムは、エクスプローラー 50 (IMP-J) およびISEE-1で使用されたものと概念的に非常によく似ていますが、回転しない宇宙船での 3 軸測定用に修正されています。システムの中核となるのは、高インピーダンス (1.E12オーム) のプリアンプで、その出力は正確に減算され、デジタル化 (約 0.1 マイクロボルト/m の感度を実現する 14 ビット A/D 変換) されて高解像度が維持され、その後、データ処理でベクトル V と B のクロス積が除去されます。これにより、基本的な DC 測定が行われます。その他の回路は、DC データの解釈を補助し、アンテナによって検出された信号の急激な変化を測定するために使用されました。計画されたDC電界範囲は±1V/m、計画された分解能は0.1mV/mで、変分電界は4Hzから1024Hzで測定された。DC電界は16サンプル/秒で測定された。変分電界は1マイクロボルト/mから10mV/m RMSで測定された。軌道面に対して垂直なアンテナペアは展開されなかった。^[14]

風および温度分光計 (WATS) は、その場で中性風、中性粒子の温度、および選択されたガスの濃度を測定しました。この調査の目的は、この装置および宇宙船の他の装置によって測定された熱圏の風、温度、プラズマ ドリフト、電場、およびその他の特性間の相互関係を調べることでした。これらの特性がどのように相互に関連しているかを理解することで、電離層におけるイオンによる中性粒子の加速、電場を生成する中性粒子によるイオンの加速、および電離層と磁気圏の間の関連するエネルギー移動の結果を理解することができました。風の 3 つの成分、つまり水平面で衛星の速度ベクトルに垂直な成分、垂直な成分、および衛星方向の成分が測定されました。精密にオリフィスが付けられた前室を介して大気と結合された、遅延電位四重極質量分析計が使用されました。この分析計は、遅延機能を使用するモードと、イオン ソースを従来の非遅延ソースとして使用するモードの 2 つのモードのいずれかで動作しました。質量分析計の前には 2 つの走査バッフルが使用されました。1 つは垂直方向に、もう 1 つは水平方向に移動しました。宇宙船の速度ベクトルに垂直な風の水平および垂直成分の大きさは、中性粒子流とセンサーの角度関係の測定から計算されました。衛星方向の流速成分は、必要な減速電位の決定を通じて、分光計システムによって直接測定されました。中性粒子の測定には高度が高すぎるため、計画された操作では、機器は熱イオン種のみを測定する必要がありました。機器の基本的な測定形式には、連続して発生する 4 つの「スロット」 (それぞれ 2 秒の測定間隔) が採用されました。これらの「スロット」には、測定間隔ごとに 1 つずつ、さまざまな機能が任意の組み合わせでコマンドされました。したがって、時間分解能は 2、4、6、または 8 秒になります。^[15]

トールデルタ3913ロケットの故障によりメインエンジンが若干早めに停止したため、DE-2は予想より若干低い軌道に投入された。これは深刻な問題ではなく、宇宙船は1983年2月19日に地球の大気圏に再突入した時点で予想寿命を全うしていた。

ダイナミクス・エクスプローラー2号は、ミッションが正式に終了した時点では低軌道にありました。ダイナミクス・エクスプローラー2号は1983年2月19日に大気圏に再突入しました。^[2]

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