Chandrayaan 1

Začátek 21. století je v kosmonautice ve znamení obnoveného zájmu o průzkum Měsíce. Kromě tradičních kosmonautických mocností mají zájem prezentovat svoji technickou vyspělost při letech za hranice okolozemské oběžné dráhy i ještě nedávno poměrně exotické státy. Jedním z nich je Indie, která ohlásila vypuštění vlastní družice Měsíce. Cíl mise byl deklarován jako technologická zkouška nového technického zařízení a další vědecký výzkum našeho přirozeného satelitu.

Chandrayaan 1 je mise indické kosmické organizace ISRO [=Indian Space Research Organization], jejímž cílem je vytvoření umělé družice Měsíce, která by měla po dobu dvou roků vyvíjet a zkoušet nové indické technologie. Dalším úkolem je získat vědecké informace o měsíčním povrchu.

Celkové náklady na misi se předpokládají asi 100 mil. USD.

Chandrayaan znamená v hindštině "Měsíční loď".

Konstrukce

Těleso sondy má krychlový tvar s délkou hrany přibližně 1.5 m a suchou hmotnost 523 kg. Vychází z konstrukce meteorologické družice Kalpansat. Součástí sondy je i subsonda MIP [=Moon Impact Probe] o hmotnosti přibližně 30 kg, která bude ve vhodný okamžik uvolněna a nasměrována proti lunárnímu povrchu.

Elektrickou energii vyrábí panel slunečních baterií o výkonu 750 W, který dobíjí lithiové akumulátory. K navedení na dráhu kolem Měsíce a k udržování jejich parametrů slouží pohonný systém na dvousložkové kapalné pohonné látky.

Kosmická sonda je stabilizována ve třech osách systémem orientačních raketových motorků a pomocí silových gyroskopů. Údaje o momentální orientaci v prostoru dodávají hvězdné senzory, akcelerometry a inerciální jednotka.

Rádiové spojení probíhá v pásmu S (povely na sondu) a v pásmu X (přenos vědeckých dat).

Vědecké vybavení

Vědecké vybavení má hmotnost 55 kg a obsahuje přístroje dodané několika zeměmi v rámci mezinárodní vědecké spolupráce. Na palubě se nacházejí následující vědecké experimenty:

• mapovací kamera TCM [=Terrain Mapping Camera];
• laserový dálkoměr LLRI [=Lunar Laser Ranging Instrument];
• hyperspektrální zobrazovač HySI [=Hyper-Spectral Imager];
• mineralogické mapovací zařízení M3 [=Moon Mineralogy Mapper];
• rentgenový zobrazovací spektrometr CIXS [=Chandrayaan Imaging X-ray Spectrometer];
• monitor slunečního rentgenového zařízení SXM [=Solar X-ray Monitor];
• infračervený spektrometr SIR-2 [=Infrared Spectrometer];
• vysokoenergetický rentgenový spektrometr HEX [=High Energy X-ray Spectrometer];
• detektor neutrálních atomů o nízkých energiích SARA [=Sub-Atomic Reflection Analyzer];
• radar se syntetickou aperturou Mini-SAR [=Miniature Synthetic Aperture Radar];
• dozimetr radiace.

Přípravy ke startu a průběh letu

V říjnu 2006 bylo oznámeno, že se start uskuteční až v první polovině roku 2008. Původní termín přitom byl rok 2007 (nejdříve 2007-09-01).

Plánovaný průběh letu

Start sondy se předpokládá nejdříve 2007-09-01 z indického kosmodromu Satish Dhawan Space Center ve Šríharikotě, nacházejícím se na jihovýchodním pobřeží Indie. Jako nosný prostředek byla zvolena raketa PSLV C5 [=Polar Satellite Launch Vehicle], která dopraví sondu na geosynchronní přechodovou dráhu ve výšce 240 až 36000 km. Po 5.5 dnech přeletu k Měsíci bude sonda umístěna na úvodní polární, téměř kruhovou dráhu ve výšce 1000 km nad povrchem.

Dráha bude nejprve snížena na výšku 200 km., na níž proběhnou zkoušky a posléze Chandrayaan 1 zaujme operační kruhovou dráhu ve výšce 100 km. Na této dráze setrvá nejméně dva roky a bude provádět vědecký průzkum Měsíce a okolního prostoru.

Experimenty a výsledky

Mapovací kamera TMC
[=Terrain Mapping Camera]

Mapovací kamera TMC je určena k pořizování stereoskopických snímků lunárního povrchu s vysokým (až 5 m) rozlišením. Snímky budou pořizovány po trojicích - směrem dolů a nakloněné o 25.02° dopředu a dozadu ve směru letu ve vlnovém pásmu od 0.4 do 0.9 µm. Tímto způsobem se dá dosáhnout výškového rozlišení asi 5 m. Snímky pokrývají pás o šířce 20 km z nominální výšky 100 km. Kamera může pracovat ve čtyřech módech nastavení. Poměr signál/šum je lepší než 100 v oblastech pod 60° zeměpisné šířky.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Dr. A. S. Kiran Kumar.

Laserový dálkoměr LLRI
[=Lunar Laser Ranging Instrument]

Účelem přístroje LLRI jsou topografická měření měsíčního povrchu z polární oběžné dráhy. LLRI sestává z generátoru laserových pulsů (dioda Nd:YAG), vysílacího a přijímacího systému. Generátor produkuje pulsy 10 ns o vlnové délce 1064 nm. Přijímací zařízení je tvořeno teleskopem systému Ritchey-Chrétien o průměru 17 cm, křemíkovým detektorem fotonů, předzesilovačem, diskriminátorem a letovou měřící jednotkou. Úkolem přístroje je pořízení globální topografické mapy s rozlišením 10 m.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je T. K. Alex.

Hyperspektrální zobrazovač HySI
[=Hyper-Spectral Imager]

V případě hyperspektrálního zobrazovače se jedná o zobrazovací spektrometr pracujícím ve viditelném a blízkém infračerveném vlnovém pásmu. Je určen k mineralogickému mapování měsíčního povrchu. HySI pokrývá vlnový rozsah od 0.4 do 0.92 µm v 64 sousedících pásmech. Frekvenční rozlišení je lepší než 15 nm a prostorové 80 m. Přístroj soustřeďuje odražené světlo od měsíčního povrchu přes optickou část na detektor. Jeden snímek má rozměr 40 km podél směru a 20 km kolmo na směr pohybu.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Dr. A. S. Kiran Kumar.

Mineralogické mapovací zařízení M3
[=Moon Mineralogy Mapper]

Mapovací zařízení M3 je zobrazovací spektrometr navržený k identifikaci minerálního složení lunárního povrchu. Hlavním vědeckým úkolem je charakteristika a mapování skladby povrchových vrstev Měsíce v kontextu k jeho geologickému vývoji a podchycení zdrojů minerálů ve vysokém rozlišení. Jedná se o spektrometr s jedním detektorem pokrývajícím vlnový rozsah mezi 700 a 3000 nm s rozlišením 10 nm. Obsahuje 640 prostorových elementů, aluminiovou optiku a jednoduchou elektronovou mřížku.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Dr. Carle M. Pieters. Zařízení je příspěvkem Brown University a JPL (USA).

Rentgenový zobrazovací spektrometr CIXS
[=Chandrayaan Imaging X-ray Spectrometer]

Přístroj je navržen k identifikaci základního prvkového složení materiálu lunárního povrchu. Pracuje ve spektrálním rozsahu 1 až 10 keV a detekuje paprsky X emitované prvky Mg, Al, Si, Ca, Ti a Fe vybuzenými dopadajícím retgenovým slunečním zářením. Spolupracující přístroj SXM pro účely tohoto měření bude paralelně monitorovat proud slunečních paprsků. Přístroj je osazen prvkem CCD a měří s prostorovým rozlišením 20 km.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Dr. Manuel Grande. Jedná se o fluorescenční spektrometr vycházející z obdobného přístroje D-CIXS instalovaného na sondě SMART-1.

Monitor slunečního rentgenového zařízení SXM
[=Solar X-ray Monitor]

Přístroj SXM měří frekvenci a energetické spektrum proudu slunečního rentgenového záření. Během slunečních erupcí se budou tato data používat ve spolupráci s přístrojem CIXS k mapování rozložení hlavních prvků, tvořících minerály na měsíčním povrchu. SXM sestává ze dvou ortogonálně umístěných křemíkových diod, z nichž každá pokrývá zorné pole 90° a tak dovoluje nepřetržité sledování Slunce.

Infračervený spektrometr SIR-2
[=Infrared Spectrometer]

Jedná se o spektrometr, pokrývající infračervenou oblast vlnového spektra v rozsahu 0.93 až 2.4 µm s úhlovým rozlišením 1.11 mrad. Jeho hlavním úkolem je mapování měsíčního povrchu s rozlišením 100 m.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Dr. Horst Uwe Keller. Přístroj byl vyvinut a postaven v Institutu Maxe Plancka (Německo) a je podobný infračervenému přístroji umístěnému na sondě SMART-1. Zařízení je příspěvkem ESA.

Vysokoenergetický rentgenový spektrometr HEX
[=High Energy X-ray Spectrometer]

Rentgenový spektrometr HEX je navržen pro měření rentgenových a gama paprsků v rozsahu 20 ař 250 keV emitovaných z lunárního povrchu a vznikajících přirozeným rozpadem radioaktivních izotopů. Hlavním úkolem je studovat přítomnost nestabilních prvků pomocí detekce olova Pb210, které vzniká rozpadem plynného radonu Rn222. Dalším cílem je mapování koncentrací uranu a thoria. Základní částí přístroje HEX je detektor na bázi CdZnTe a kolimátor se zorným polem 10°, pomocí něhož se dosahuje rozlišení kolem 20 km z výšky nad terénem 100 km.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Dr. J. N. Goswami.

Detektor neutrálních atomů o nízkých energiích SARA
[=Sub-Atomic Reflection Analyzer]

Přístroj SARA sestává z čidla neutrálních atomů o nízkých energiích LENA [=Low Energy Neutral Atom] a monitoru slunečního větru. SARA slouží k detekci atomů o energiích od 10 eV do 3 keV a sestává z elektrostatického deflektoru, ionizačního povrchu, měřící jednotky a elektrostatického analyzátoru. Hmotnostně lze rozlišit prvky ze skupin H, O, Na-Mg, K-Ca a Fe s prostorovým rozlišením asi 100 m. Přístroj SARA lze rovněž použít ke studiu povrchových magnetických anomálií a stavu kosmického počasí na Měsíci.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Dr. Stas Barabash. Zařízení je příspěvkem ESA.

Radar se syntetickou aperturou Mini-SAR
[=Miniature Synthetic Aperture Radar]

Miniaturní radar se syntetickou aperturou je určen především k mapování stupně rozptylu rádiových vln v oblasti lunárních pólů, což by mohlo podat důkazy přítomnosti vodního ledu v těchto místech a lokalizovat místa jeho výskytu. Mini-SAR je dále určen k pořízení radarových map lunárního povrchu poblíž pólů.
Mini-SAR vysílá signály o frekvenci 2.5 GHz s pravotočivou kruhovou polarizací (RCP). Po odrazu od měsíčního povrchu přijímá jak vlny RCP tak LCP (levotočivé). Radar může pracovat jako skaterometr nebo jako radar se syntetickou aperturou. V módu skaterometru směřuje vysílaný signálu dolů (zaměření nadir) podél dráhy letu. Odražené vlny dokážou mj. poskytnout údaje o členitosti povrchu s metrovou přesností. Informativně se dá stanovit další fyzikální parametry jako např. dielektrická konstanta nebo pórovitost s přesností asi 1.2 km na obrazový element. V módu radaru se syntetickou aperturou SAR je směr vysílaných paprsků odkloněn od nadiru o 45° a zobrazuje pás rovnoběžný s dráhou letu. Měření SAR se uskutečňuje každý třetí oběh a kombinuje se s údaji získanými metodou skaterometru.
Experiment Mini-SAR je plánován jako doplněk měření prováděných na družici Lunar Reconnaissance Orbiter.
Vedoucím vědeckým pracovníkem experimentu je Paul D. Spudis. Zařízení je příspěvkem Johns Hopkins University - Applied Physics Laboratory (USA).

Dozimetr radiace

Účelem zařízení je zjišťovat velikost radiační dávky na oběžné dráze kolem Měsíce.
Zařízení je příspěvkem Bulharska.