[科普中国]-引力恢复与内部实验室探测器

任务情况

GRAIL探测器的任务目的是绘制高分辨率的门球引力场分布图，以确定月球的内部结构；研究小行星撞击历史．为未来任务着陆点的选择提供有关数据。2个探测器同时发射后，从运载火箭上分离，以不同的轨道飞向月球，飞行时问约为3～4月。然后，探测器用2～4月的时间调整各自的轨道．使一个探测器跟在另一个探测器后飞行，相互之间的平均距离为200km。2个探测器在低高度(距离月球表面50km)、近圆形的近极轨轨道上编队飞行．通过测量相互之间的距离变化数据来绘制高分辨率的月球引力图．探测任务期约为90d。任务结束后，探测器将撞击月球表面。1

GRAIL-A和GRAlL-B探测器分别于2011年12月31日和2012年1月1日进入月球轨道；2012年3月8日开始．探测器在绕月轨道进行了89d的测绘工作，收集了覆盖整个月表的数据；5月29日，探测器将主任务的最后一批数据传回地球；6月5日，探测器提前完成主任务。1

参数数据GRAIL-A和GRAIL-B探测器外形相同．每个探测器均为长方体结构，尺寸为1.09m X 0.95m×0.76m，发射质量307kg，干质量201kg，推进剂质量106kg。

探测器结构GRAIL探测器的结构组成见图5-59。

每个探测器装有单个面积为1.88m2的双太阳翼(单个太阳翼寿命末期功率700W)和1个30A·h的锂离子电池组。装有l台22N液态肼主发动机．用于轨道修正。采用三轴稳定，反作用轮和8个0.9N推力器用于姿态控制。太阳敏感器、星跟踪器和惯性测量装置用于探测器的定向。通信分系统包括l路S频段转发器、2副低增益天线和一个双掷共轴开关。1

GRAIL探测器携带的有效载荷包括Ka频段月球引力测距系统、无线电科学信标和中学月球知识获取系统。其中Ka频段月球引力测距系统是GRAIL探测器的主要有效载荷，其功能是发射和接收Ka频段信号，测量两个探测器之间距离的微小变化．并根据测量数据计算月球引力场。学生月球知识获取系统是一个数字成像系统，由1个数字视频控制器和4个摄像头组成，该系统可以每秒30帧的速率拍摄月球表面的图像，数字视频控制器则用于存储摄像头拍摄到的图像。1

取得成果2012年12月13日，美国国家航空航天局(NASA ) 宣布 “圣杯” (GRAIL) 月球探测任务已完成，美国东部时间 17日17点28 分，GRAIL探测器在地面指令控制下撞向了月球靠近北极附近的一座 2500m 高的山峰。此次撞击目的是避免探测器在燃料耗尽后自行坠毁可能会破坏月面上的一些重要历史遗迹，如当年阿波罗探月的着陆点等等。2

NASA 的 GRAIL任务目标是精确探测并绘制月球的重力场图以判断月球内部构造。GRAIL采用两个小型探测器GRAIL-A(Ebb) 和 GRAIL-B(Flow)进行联合探测，探测器于2011年9月10日成功发射升空。

GRAIL传回的数据绘制出超高分辨率月球重力场图，将有助于科研人员更详细地研究月球内部结构及其成分， 推算出月球从外壳到内核之间的情况，从而重建月球的演化过程，确认其内部物质构成。新的月球重力场 图在更精细的尺度上揭示月球地质特征 ，例如内部结构、死火山地形、环形山中部高峰等。科学家通过分析最新探测数据发现月壳的厚度约为34～43km ，比原来认为的薄 10～20km 。由于这一月壳厚度，月球的总成分与地球类似，这也支持了月球可能来自地球的一部分，是地球受撞击后分离出来形成的假说。科学家还发现了狭长、直线形的重力异常区，多个数千米长的重力异常区纵横交错地分布在月球地表，认为这些重力异常区表明月球地表下存在深沟或狭长的凝固熔岩，研究这些将对推测月球早期历史有所帮助。2