ISEE-1

ISEE-1

ISEE-1衛星
名前	ISEE-A 国際太陽地球探査機-A エクスプローラー 56 IMP-K
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	1977-102A
SATCAT番号	10422
ミッション期間	10年（達成）
宇宙船の特性
宇宙船	エクスプローラーLVI
宇宙船の種類	国際太陽地球探査機
バス	IMP（惑星間監視プラットフォーム）
メーカー	ゴダード宇宙飛行センター
打ち上げ質量	340.2 kg (750 ポンド)
寸法	直径1.73m（5フィート8インチ）、高さ1.61m（5フィート3インチ）の16面体円筒
力	175ワット
ミッション開始
発売日	1977年10月22日 13:53:00 UTC
ロケット	トールデルタ 2914 (トール 623 / デルタ 135)
発射場	ケープカナベラル、LC-17B
請負業者	ダグラス・エアクラフト・カンパニー
入隊	1977年10月22日
ミッション終了
最後の連絡	1987年9月26日
減衰日	1987年9月26日
軌道パラメータ
参照システム	地球中心軌道[1] [2]
政権	地球周回軌道
近地点高度	1.04 R e (6,600 km (4,100 マイル))
遠地点高度	23.00 Re ( 137,806 km (85,629 マイル))
傾斜	28.76°
期間	3556.80分
楽器
DC および低周波電場、ダブルプローブ (0.19-1900 Hz) 外部磁気圏内の電子および陽子フラックス (1.5-300 keV) 高エネルギーイオン質量分析計 (0-17 keV/q; 1 AMU から > 150 AMU) 高速プラズマ実験 (FPE) および太陽風イオン実験 (SWE) ガンマ線バースト (時間履歴) 低エネルギー宇宙線実験 低エネルギー陽子および電子微分エネルギー分析装置 (LEPEDEA) 中エネルギー粒子実験 (METE) 無線技術によるプラズマ (全電子) 密度 プラズマ波: 電場および磁場のスペクトル、フラックス、方向 (5.62 Hz-31.1 kHz) 準静的および低周波電場 (0.1-200 mV/m、周波数 < 1000Hz) 三軸フラックスゲート磁力計 ベクトル電子分光計実験 磁気圏内の極低周波（1-32 kHz）波動粒子相互作用
国際太陽地球探査機

ISEE -1 (国際太陽地球探査機AまたはISEE-A ) は、エクスプローラー級の母宇宙船、国際太陽地球探査機1号であり、母/娘/太陽中心ミッション (ISEE-1、ISEE-2、ISEE-3) の一部であった。ISEE-1は、地球近傍の磁場を調査するために使用された340.2 kg (750 lb) の宇宙探査機であった。 [ 2 ] ^ISEE -1はスピン安定化宇宙船であり、以前のIMP (惑星間監視プラットフォーム) シリーズの宇宙船の設計に基づいていた。^[2] ISEE-1とISEE-2は1977年10月22日に打ち上げられ、1987年9月26日に再突入した。 ^[3]

このミッションの目的は、(1)地球磁気圏の最外縁における太陽と地球の関係を調査すること、(2)地球近傍の太陽風の構造と、太陽風と地球磁気圏の境界を形成する衝撃波を詳細に調べること、(3)プラズマシートの運動とそこで働くメカニズムを調査すること、(4)1 AU付近の惑星間領域における宇宙線と太陽フレアの影響の調査を継続することであった。3機の宇宙船は、プラズマ、高エネルギー粒子、波、および場を測定するための補完的な機器を多数搭載していた。したがって、このミッションは、以前の IMP 宇宙船の調査を拡張したものであった。このミッションの母機/娘機部分は、遠地点が地球半径の 23倍 (R e ) である同じ高度に偏心した地心軌道上で位置保持機能を備えた 2 機の宇宙船 (ISEE-1 および ISEE-2) で構成されてい_た。^[1]ミッションの過程で、ISEE-1とISEE-2の軌道パラメータは、太陽と月の摂動により短期的および長期的な変動を受けました。これら2機の宇宙船は小さな分離距離を維持し、地球近傍の太陽風、弓状衝撃波、および磁気圏内の時間的不規則性から空間的不規則性を分離できるように、同時に協調測定を行いました。ISEE-2を操作することで、地球の弓状衝撃波付近で測定された宇宙船間の分離は、10 km（6.2マイル）から5,000 km（3,100マイル）の間で変化しました。その値は、時間と軌道位置の関数として正確に知られています。^[3]

このプログラムは、NASAと欧州宇宙研究機関（ESRO）（後の欧州宇宙機関（ESA））の共同ミッションであり、地球の磁場と太陽風の相互作用を研究するために設計された。少なくとも32の機関が関与し、磁場の理解に重点が置かれていた。ISEE-1とISEE-3はNASAによって構築され、ISEE-2はESAによって構築された。3つすべてに、100人以上の科学者の同じグループによってサポートされている補完的な機器があった。^[2]

ISEE-1は、直径1.73メートル（5フィート8インチ）、高さ1.61メートル（5フィート3インチ）の16面体の円筒形だった。^[4]宇宙船はスピン安定化されており、スピンベクトルは黄道面に対して垂直な方向から名目上1°以内に維持され、北を指していた。スピン速度は名目上、ISEE-1が19.75rpm 、 ISEE-2が19.8rpmであったため、2機の宇宙船の間にはゆっくりとした差動回転があった。ISEE-1の機体に取り付けられたソーラーアレイは、通常動作時に28ボルトで、最初は約175ワット、3年後には131ワットを供給した。ISEE-1のデータレートは、ほとんどの場合4096ビット/秒で、5周に1回の軌道では16384ビット/秒だった（一部例外あり）。^[3]

この実験は、プラズマ圏、磁気圏、磁気シース、太陽風における準静電場と低周波プラズマ波動を調べることを目的としていました。有効電界ベースラインが 179 m (587 フィート) のロングワイヤアンテナプローブを使用して、ダブルプローブ浮遊電位法が適用されました。DC差動電圧は、ビットレートに応じて 1 秒あたり 8 回または 32 回測定されました。さらに、太陽と磁場に対する選択された方位角で DC 場が測定され、デルタ vのピーク値とその方位角が測定されました。低周波は、0.19 ～ 0.6、0.6 ～ 1.9、1.9 ～ 6、6 ～ 19、19 ～ 60、60 ～ 190、190 ～ 600、600 ～ 1900 Hzの 8 つの周波数帯域で測定されました。 DC モードの測定には、地上から制御される 2 段階の可変ゲイン アンプが使用されました。最高ゲイン状態での分解能は 0.5E-6 V/m でした。AC 測定エレクトロニクスは 2 つのアンプ セクションで構成されていました。1 つのアンプは低周波チャネルに使用され、もう 1 つは高周波チャネルに使用されました。各アンプのゲイン ラインは、地上から独立して制御可能でした。最高ゲイン モードでは、各アナライザ チャネルの感度は 0.04E-6 V/m (rms) でした。実験は、地上から制御される太陽センサー同期または自由状態のどちらでも実行できます。さらに、AC 部分は平均化モード、またはテレメトリ読み取りシーケンスに合わせて平均化とピーク振幅検出を交互に行うモードで実行できます。^[5]

この実験は、母機/娘機に同一の計測機器 (ISEE-2 を参照) を使用して、さまざまな粒子現象の空間的範囲、伝播速度、および時間的動作を決定するように設計されました。電子は 2 および 6 keV で、8 ～ 200 keV と 30 ～ 200 keV の 2 つの帯域で測定されました。陽子は 2 および 6 keV で、8 ～ 200 keV、30 ～ 200 keV、200 ～ 380 keV の 3 つの帯域で測定されました。30 keV のしきい値は、15 keV または 60 keV に設定できます。各宇宙船の同一の計測機器は、1 組の表面バリア半導体検出器望遠鏡 (1 つはフォイル付き、もう 1 つはフォイルなし) と 4 つの固定電圧円筒形静電分析装置(電子用に 2 つ、陽子用に 2 つ) で構成されていました。チャンネルマルチプライヤーは固定電圧分析器の検出器として使用されました。望遠鏡は、回転軸に対して約20°の方向に向いた40°の半角の視野円錐を持っていました。^[6]

この調査の目的は、磁気圏、磁気圏シース、太陽風内のプラズマのイオン組成とエネルギースペクトルを決定し、磁気圏シース内のプラズマの角度分布を決定することであった。静電エネルギー分析器とそれに続く円筒型静電/磁気質量分析器を組み合わせた高エネルギーイオン質量分析計が飛行した。検出器には電子増倍管の組み合わせが使用された。測定された単位電荷あたりのエネルギー範囲は 0 ～ 17 keV/Q であった。測定された単位電荷あたりの質量範囲は 1 ～ 150 u/Q であった。^[7]

この実験は、マックスプランク研究所の G. パシュマンが娘宇宙船の飛行用に提供した同様の機器 (1977-102B-01) と組み合わせて、太陽風、バウショック、磁気圏シース、磁気圏界面、磁気圏尾部、磁気圏内のプラズマ速度分布とその空間的および時間的変動を調査するために設計されました。 FPE は、分析された粒子を検出するために大型の二次エミッターと個別のダイノード増倍管を使用する 3 つの高効率 90° 球面セクション静電分析器で構成されています。 反対方向を向いている 2 つの分析器は、宇宙船が 1 回転するたびに、陽子と電子の両方の完全な 2D 速度分布測定値を生成します。 分割されたエミッターを備えた 3 つ目の FPE 分析器は、より遅い速度で 3D 分布を測定します。 50 eV から 40 keV の陽子と 5 eV から 20 keV の電子が測定された。実験は 2 つの範囲で行われ、各範囲のいくつかのステップのエネルギー分解能は中心エネルギー レベルの 10% であった。太陽風実験 (SWE) は太陽風イオンを測定する。これは、同じプレート セットを使用する 2 つの 150° 球面セクション分析器で構成される。2 つのアクセプタンス ファンは、イオン分布の 3D 特性を導き出すことができるように、互いに対して傾斜している。イオン実験は 1980 年 4 月までに劣化し、密度の値は後年低すぎると疑われている。機器を保護するため、この実験は宇宙船が 30,000 km (19,000 マイル) 未満のときは常にオフにされた。高速プラズマ実験 (FPE) は 1978 年 1 月までに劣化した。^[8]

この実験は、ガンマ線バーストの時間履歴を認識して記録するように設計されました。直径 4 cm (1.6 インチ) のCsIシンチレータ システムと 6 cm ^{2 の}固体 (テルル化カドミウム(CdTe)) アレイの 2 つのセンサーが使用されました。いずれかのセンサーの強度が増加するとトリガー信号が発生し、直近の計数率履歴の循環メモリがフリーズし、トリガー信号後 1 分間の計数率が別のメモリに書き込まれます。トリガー信号の時刻と時間履歴における位置もメモリに保存されます。保存されたすべての情報は、その後の数時間にわたって非常に低いビット レートで読み出されました。4 ms、32 ms、256 ms の合計カウントに基づいて 3 つのトリガー信号が使用されました。トリガー信号の前と後に 3 つずつ、合計 6 つのメモリが使用され、それぞれ 1/64、1/8、1 分間のデータが保存され、詳細な立ち上がり時間情報が提供されました。^[9]

ISEE-1 と ISEE-3 の両方に搭載されたこの機器は、2 keV/電荷から 80 MeV/核子までのエネルギー範囲内の多数のバンドで太陽、惑星間、磁気圏の高エネルギーイオン、および 75 keV から 1300 keV までの 4 つの連続バンドで電子を測定するように設計されました。より低いエネルギーでは、高速 (> 500 km/s (310 mi/s)) 太陽風中の重イオンの電荷状態が決定されました。0.3 から 80 MeV/核子の範囲では、高エネルギーイオンのエネルギー スペクトル、異方性、および構成が決定されました。0.4 から 6 MeV/核子の限定された範囲では、イオンと核の電荷を同時に決定することができました。この機器は、3 つの異なるセンサー システムで構成されていました。「ULECA」(超低エネルギー電荷分析装置) は、ソリッド ステート検出器を備えた静電分析装置でした。そのエネルギー範囲はおよそ 3 ～ 560 keV/電荷であった。「ULEWAT」（超低エネルギー広角望遠鏡）は、0.2 ～ 80 MeV/核子（Fe）の範囲をカバーする、二重 dE/dx vs E、薄窓、フロースルー比例計数管/固体検出器望遠鏡であった。「ULEZEQ」（超低エネルギー Z、E、Q）は、静電分析装置と、薄窓比例計数管および位置感知固体検出器を備えた dE/dx vs E システムを組み合わせたものである。エネルギー範囲は 0.4 ～ 6 MeV/核子であった。データは 45° セクターで取得された。^[10]

この実験は、母機/娘機に搭載された同一の計測機器によって、太陽風と磁気圏シースの電子およびイオンの空間的および時間的変動を研究するように設計された。1 eV から 45 keV までのエネルギー範囲の陽子と電子が、エネルギー分解能 (デルタ E/E) 0.16 で 64 の連続エネルギー帯域で測定された。2 つの静電分析器 (1 つは陽子用、もう 1 つは電子用) のそれぞれに 7 つの連続チャネル電子増倍管を採用した四球型低エネルギー陽子および電子微分エネルギー分析器 (LEPEDEA) が、母機と娘機の両方に搭載された。粒子速度ベクトルについては、4-pi-sr 立体角の 2% を除くすべてがカバーされた。スピン軸に垂直な 40° 全角の円錐視野を持つガイガー・ミュラー管も搭載された。この検出器はE>45 keVの電子とE>600 keVの陽子に感度がありました。^[11]

この実験は、加速、発生源および消失メカニズム、境界および界面現象の原因となるプラズマ不安定性を特定し、研究するために、母衛星および娘衛星の軌道範囲全体で設計されました。各宇宙船には陽子望遠鏡と電子分光計が搭載され、詳細なエネルギースペクトルと角度分布を測定しました。これらの検出器は、さまざまな厚さ、面積、構成のシリコン表面バリア、完全空乏型ソリッドステートデバイスを使用しました。20 keV から 1.2 MeV の間の 8 または 16 チャネルの陽子と、20 keV から 1 MeV の間の 8 または 16 チャネルの電子が測定されました。別のソリッドステート検出器システムでは、核子あたり 125 keV を超えるエネルギー範囲のアルファ粒子と重イオンのエネルギースペクトルとピッチ角分布を測定しました。^[12]

この実験では、母衛星付近のプラズマ電子密度と、母 (ISEE-1) 宇宙船と娘 (ISEE-2) 宇宙船間の総電子量を測定しました。実験は 2 つの部分から構成されています。母宇宙船には、周囲のプラズマの共鳴を検出する実験 (サウンダー) が搭載されていました。アンテナが、浸漬されているプラ​​ズマの特性周波数の 1 つで瞬間的に励起された後、顕著な「リンギング」が観測されました。これらの共鳴は、プラズマ周波数​​、上部混成共鳴、サイクロトロン周波数およびその高調波で発生し、それらの周波数を測定することで、電子密度を含むいくつかのプラズマ パラメータを判定できました。この実験では、送信機は、0.3 ～ 50.9 kHz および 0 ～ 353 kHz のプラズマの特性共鳴周波数をカバーする 128 のサブバンドをステップスルーするように設計されていました。母波と娘波の間の積分密度は、母波から送信され娘波で受信される約 683 kHz の周波数の波に周囲のプラズマによってもたらされる位相遅延を測定する 2 番目の実験 (伝播実験) から得られました (実験 1977-102A-06)。位相は、周囲のプラズマの影響を受けないほど十分に高い周波数 (272.5 MHz) の搬送波に変調して母波から娘波に送信された位相コヒーレント信号と比較されました。他の実験への摂動のため、アクティブ動作は限られたデューティ サイクルで行われました。^[13]

この実験は、ISEE-2 の類似の (しかしより単純な) 実験 (1977-102B-05) と組み合わせて、磁気圏と太陽風内で発生する波動現象を測定するように設計されました。3 つの電気ダイポール アンテナ (215 m (705 フィート)、73.5 m (241 フィート)、0.61 m (2 フィート 0 インチ)) と 3 軸サーチコイル アンテナが使用されました。計測機器は、次の 4 つの主要要素で構成されていました。(1) 100 Hz から 400 kHz の 4 つの帯域それぞれに 32 の周波数ステップがあり、完全なスイープには 32 秒かかりました。(2) 電界用に 5.62 Hz から 31.1 kHz の 20 チャンネル、磁界情報用に 5.62 Hz から 10 kHz の 14 の同一チャンネルを備えた高時間分解能スペクトル アナライザーで、電界と磁界のチャンネルは同時にサンプリングされました。 (3) 波法線分析器は、波法線とポインティングフラックスを計算するためのコンポーネントを提供します。この分析器は10 Hzの帯域幅を持ち、100 Hzから5 kHzまでの32の周波数をカバーしました。 (4) 広帯域受信機は、特殊目的のアナログ送信機を介して地上に送信するために電気および磁気波形を調整します。この受信機は、ISEE-1とISEE-2間の長基線干渉計測定用の信号も提供します。 2つの基本周波数チャネルがありました：10 Hzから1 kHzと650 Hzから10または40 kHz。さらに、周波数範囲は、周波数変換方式によって最大2 MHzの8つの範囲のいずれかにシフトできます。^[14]

この実験の目的は、プラズマ圏、磁気圏、磁気圏シース、太陽風における準静的および低周波の電界を研究することであった。衛星スピン面のワイヤーブームの端に 73.5 m (241 フィート) 離して設置された直径 8 cm (3.1 インチ) のガラス質炭素球のペア間の電位差を測定した。宇宙船シース (すべての電界検出器を悩ませる潜在的な問題) を克服するために、宇宙船の電位を変更するための電子銃が組み込まれ、露出した宇宙船の表面はすべて導電性にされた。この機器は、0 から 12 Hz の周波数帯域で 0.1 から 200 mV/m の電界に感度を持つように設計された。この実験では、1000 Hz 未満の周波数の波の電界成分も測定した。^[15]

ISEE-1 および ISEE-2 に選ばれた磁場調査の主な目的は、磁気圏現象の磁気特性と磁気圏内および磁気圏周辺の磁気流体力学波動の研究、および宇宙船での電場、粒子、プラズマ波動調査などの他の実験の補助データを提供することです。この 3 軸フラックスゲート磁力計では、直交トライアドの 3 つのリングコア センサーが磁力計ブームの端にあるフリッパー機構に収められています。電子機器ユニットは、ブームの根元にある宇宙船本体にあります。磁力計には、各ベクトル成分で ± 8192 nTと ± 256 nT の 2 つの動作範囲があります。データは、分解能の向上とナイキスト フィルタリングを提供するために、機器内でデジタル化および平均化されました。平均データの送信には 2 つのモードがありました。倍精度モードでは、16 ビットのサンプル データが送信されました。これにより、低感度範囲と高感度範囲で最大分解能 ± 1/4 nT または 1/128 nT が得られました。単精度モードでは、上記の 16 ビットのうち任意の連続する 8 ビットが地上コマンドによって送信用に選択され、磁力計のテレメトリ帯域幅が 2 倍になりました。この帯域幅は、低テレメトリ レートの倍精度実験モードでは 2 Hz、高テレメトリ レートの単精度実験モードでは 32 Hz でした。この実験の運用は、1987 年 9 月 26 日の宇宙船の再突入までほぼ正常でした。この実験のデータのユーザーは、12 ビット サンプルを平均して 16 ビット サンプルを作成する処理はスピン平面ではうまく機能しましたが、スピン軸に沿った磁場がデジタル ウィンドウのサイズに比べて静かな状況では、磁力計は 12 ビット サンプルしか返さないという事実に注意する必要があります。これは、宇宙船が太陽風の中にあり、機器が低ゲイン (8192 nT) 範囲で動作していたとき、および宇宙船が低ゲイン モードで磁気圏の静かな領域にあったときに特に顕著でした。前者の状況では、磁力計が通常動作する倍精度モードで測定される磁場の分解能が 4 nT に制限され、後者の状況では、宇宙船が地球の磁場の大きな勾配を通過するときに、波と間違われる可能性のある 4 nT の大きさの階段状の磁場変化パターンが発生しました。もう 1 つの運用上の異常は、ゲイン変更中にセンサーが飽和することです。当時、磁場の3つの成分は1つのスピントーンとスピン軸に沿った磁場から推定されていたため、機器の時間分解能はスピン周波数以下に制限されていました。利用可能なリソース内で、ゼロレベルエラー、事務エラー、その他のデータ処理の異常を最小限に抑えるためにあらゆる努力が払われました。しかし、これらのリソースは非常に制限されており、提出されたデータセット全体を確認する前に資金が打ち切られました。^[16]

この実験では、惑星間媒体と磁気圏シース、低エネルギー太陽電子イベント、およびバウショック関連電子によって表される衝突のないプラズマにおける乱流の輸送係数を研究した。電子分布関数の 3 次元測定を行うために、127° 円筒形静電分析器の 2 つの三軸システムが使用された。動作モードは 3 つあり、公称エネルギー範囲は次のとおりである: 太陽風、7 ～ 500 eV、磁気圏シース、10 eV ～ 2 keV、および磁気圏尾部と太陽、105 eV ～ 7.05 keV。エネルギー分解能 (デルタ E/E) は 0.07 であった。6 つの同時分光計測定のセット全体は、衛星が 60° 回転する間に行われた。各分光計は、湾曲プレート分析器と 2 つのチャネルトロン検出器で構成されていた。^[17]

この実験は、磁気圏内の離散的な超低周波（VLF）波と高エネルギー粒子との相互作用を研究するためのデータを提供することを目的としていた。VLF波は地上の送信機によって生成された。電離層を越えた波の注入は、磁力線が開いている領域（この場合は南極のサイプル基地）に送信機を配置することによって確実に行われた。注入された信号と刺激されたVLF放射は、衛星上の1〜32kHzの広帯域受信機によってループアンテナを通じて記録された。観測されたパラメータは、時間の関数として受信された無線周波数波の強度であった。^[18]

ISEE-1とISEE-2は地球の近くに留まりました。ISEE-3は地球-太陽ラグランジュ点L1_のハロー軌道に配置された最初の宇宙船であり、後に太陽中心軌道に展開されました。^[2]

ISEE-1とISEE-2はともに1987年9月26日の軌道1518で地球の大気圏に再突入した。搭載されていた21の実験装置のうち17が最終的に稼働していた。^[3]

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