Loading article…
熱流実験は、月面からの熱損失率を測定することを目的とした、米国NASAの月面科学実験でした。アポロ計画では4つの実験が行われました。2つの実験はアポロ15号とアポロ17号の一部として正常に展開されました。アポロ16号の装置は展開されましたが、 ALSEP中央ステーションへのケーブルが切断され、実験は機能しなくなりました。アポロ13号では熱流実験が実施されましたが、飛行中にミッションが中止され、装置は月面に到達しませんでした。[ 1 ]
アポロ計画の頃には、月の表面の熱特性の一部を確立することは既に可能でした。望遠鏡による赤外線放射の測定や、月面からのマイクロ波放射スペクトルの測定は、既に地球の表面から可能でした。[ 2 ]これらの技術により、温度、熱伝導率、熱容量など、月面の特性の一部が既に確立されていました。[ 1 ]これらの特性が、赤外線放射の低レベル、データ解像度を制限する長波長、および月の熱特性が深さによってどのように変化するかによってどの程度制限されるか。[ 1 ]
月の熱流を測定するという提案は、NASAが学術界、産業界、NASA自身の科学グループから多数の提案を募ったため、特定の人物に帰属させることはできない。これらの提案のいくつかは、そのような実験を提案していた。[ 1 ]しかし、その結果、月の熱測定をどのように行うことができるかを検討するための小委員会が結成された。[ 1 ]委員会は、熱実験の焦点は月の内部からの熱流に絞るべきであると決定した。[ 1 ]
委員会は、複数のプローブを含むいくつかの方法と、「ブランケット」を含む別の方法を検討した。ブランケット技術は、ブランケットプローブの熱アルベドを月の表面の熱アルベドに合わせる複雑さのため、当初は却下された。[ 1 ]機器の基礎となった方法は、一定距離離れた温度センサーと対になった円筒形のヒーターであった。[ 1 ]このグループによるその後の研究により、表面での昼夜サイクルによって引き起こされる大きな温度変動を避けるために、プローブを地下に挿入する必要があることが明らかになった。[ 1 ]ベンディックス社が機器の主契約者として選ばれ、アーサー・D・リトル社が下請け業者となった。[ 1 ]ガルトン・インダストリーズ社が電子回路の開発業者として選ばれた。[ 1 ]
探査機をレゴリス表面より深い場所に設置する必要があるため、月面を貫通するドリルが必要になることは分かっていた。[ 1 ]ドリルの開発は、NASA のツール開発の経験を持つマーティン・マリエッタが主導した。[ 1 ]
計測機器パッケージは、それぞれ長さ50 cm (20インチ)のセクションが 2 つあるプローブ 2 つで構成されています。 [ 3 ]各セクションの端には、両端から28 cm (11 インチ) と 47 cm (19インチ)の 2 つのポイントで測定できる勾配温度計があります。したがって、各セクションは 4 つのポイントに沿って温度を測定できます。[ 3 ]プローブを実験の電子機器ハウジングに接続するケーブルには、最上部の勾配センサーから 0、65、115、165 cm (0、26、45、65 インチ) の位置に 4 つの熱電対があります。[ 3 ]各セクションの端には、材料の導電率を測定できるようにヒーターも含まれています。[ 3 ]各ヒーターには、 0.002 W と 0.5 W の2 つの電力設定があり、さまざまな材料の導電率の範囲を調べることができます。[ 3 ]実験からの読み取りは、ヒーターのモードに応じて7.1分ごとまたは 54 秒ごとに行われました。 [ 3 ]探査機のセクションは、月面ドリルを使用して、理想的には地表から3 m (10フィート)の深さまで設置されました。 [ 3 ]
熱流実験は当初アポロ13号で実施される予定だったが、同ミッションの中止により実施されなかった。この装置は月着陸船に搭載されたまま地球の大気圏で燃え尽きた。[ 1 ]アポロ14号にHFEを追加する時間もなかった。[ 1 ]
アポロ13号の失敗は、主任研究者によって科学的データの収集に影響を与えたと認識された。アポロの着陸予定地には、長寿命放射性同位元素が相当量存在することが判明した。プロジェクトの主任研究者は、アポロ13号の機器展開が試みられていれば、ドリルや固いレゴリスで発生した問題に対するその後のミッションでのより良い対策につながっただろうと考えていた。[ 1 ]
アポロ15号の穴あけは、ミッション司令官のデビッド・スコットが担当した。100cm (39インチ)まで掘り進めた後、ドリルは効果を発揮しなくなったが、数々の困難にもかかわらず、スコットは170cm (67インチ) の深さまで掘り進めることに成功した。この時点でスコットは全体重をかけなければならなくなり、最初のプローブを挿入して機能を確認することが決定された。[ 1 ] [ 3 ] 2番目のドリル穴の掘削が開始されたが、すぐに掘削に困難が生じ、2番目のドリル穴の完成は2回目のミッションEVAまで延期された。2番目のドリル穴は100cmの深さまでしか掘り進めることができず、プローブは月面の下に完全には到達しなかった。[ 1 ] [ 3 ]これらの困難にもかかわらず、プローブはデータを取得することができた。[ 1 ] [ 3 ]
課題の原因は、月の土壌のより深い層が少なくとも5億年間乱されていなかったことにある。その結果、極度の圧縮が生じ、大きな力を加えなければそれ以上の圧縮は起こらなかった。[ 1 ]
アポロ16号では、探査機用の穴はチャールズ・デュークが掘削し、地表から3メートル（10フィート）下まで掘削することに成功した。 [ 4 ]アポロ16号のドリルは、前回のミッションであるアポロ15号で発生した問題を解決するために改良されていた。実験は、ジョン・ヤングが実験装置とALSEP中央ステーションをつなぐケーブルにつまずいたため、開始前に終了した。 [ 5 ] [ 4 ]ケーブルは引っ張られることによる引張応力に耐えるように設計されていたが、引き裂くような動きには耐えるようには設計されていなかった。[ 1 ]修理も検討されたが、数時間の地上作業時間が必要となるため却下された。[ 4 ]
アポロ17号の2つの掘削孔はどちらも問題なく掘削され、両方の探査機も問題なく設置され、数年間稼働し続けた。[ 1 ]
実験では、数センチメートルからなる月のレゴリスのごく表面付近では、放射による熱伝達が支配的であることがわかった。これは主に、この物質がかなり緩く、土壌粒子の接触が限られているため伝導による熱伝達が減少するためである。[ 1 ]月の正午には、全熱伝達の 70% が放射によるものであった。[ 1 ]最初の2 ～ 3 cm (0.8 ～ 1.2インチ)を超えると、土壌の圧縮が進み、その後の密度は 1.1 ～ 1.2 g/cc から 1.75 ～ 2.1 g/cc に増加する。その結果、伝導率が大幅に増加する。[ 1 ]
HFEは、1.5～2.0 K/mの温度勾配と約17 mW/m 2 の熱流量を発見した。測定の不確実性を考慮すると、これは地震データと磁気データとよく一致した。[ 1 ]これは、約300 km (190 mi)の深さで比較的融解に近い温度であることを示唆している。[ 1 ]