ALSE

كانت تجربة ALSE (تجربة أبولو القمرية الصوتية) (المعروفة أيضًا باسم التجربة العلمية S-209، وفقًا لتسميات ناسا) تجربة رادار مخترق للأرض (جهاز استشعار تحت السطح) تم إطلاقها في مهمة أبولو 17 .

استخدمت هذه التجربة الرادار لدراسة سطح القمر وباطنه. تم بث موجات رادار بأطوال موجية تتراوح بين مترين و60 مترًا (بترددات 5 و15 و150  ميجاهرتز) عبر سلسلة من الهوائيات قرب الجزء الخلفي من وحدة خدمة أبولو . بعد انعكاس الموجات عن سطح القمر، تم استقبالها باستخدام الهوائيات نفسها، وسُجلت البيانات على فيلم لتحليلها على الأرض. كان الهدف الرئيسي من هذه التجربة هو "رؤية" الطبقة العليا من قشرة القمر، بعمق كيلومترين، بطريقة مشابهة لاستخدام الموجات الزلزالية لدراسة البنية الداخلية للقمر. وقد تحقق ذلك بفضل استخدام أطوال موجية رادارية طويلة جدًا، ولأن سطح القمر جاف جدًا، مما سمح لموجات الرادار باختراق أعماق أكبر بكثير مما كان ممكنًا لو وُجد الماء في صخوره. (وقد استُخدمت تجربة رادار مماثلة على متن مكوك الفضاء لرسم خرائط أودية الأنهار القديمة تحت الصحراء الكبرى ). كما وفرت هذه التجربة معلومات دقيقة للغاية عن تضاريس القمر. بالإضافة إلى دراسة القمر، قامت التجربة أيضاً بقياس الانبعاثات الراديوية من مجرة ​​درب التبانة .

كشفت هذه التجربة عن تراكيب تحت سطح البحر في بحر الأزمات ، وبحر الصفاء ، ومحيط العواصف ، والعديد من المناطق الأخرى. ^{[ 1 ]} في مناطق البحار القمرية، لوحظت طبقات في أجزاء مختلفة من الأحواض، ولذلك يُعتقد أنها سمات واسعة الانتشار. واستنادًا إلى خصائص موجات الرادار المنعكسة، يُعتقد أن هذه التراكيب عبارة عن طبقات داخل البازلت الذي يملأ حوضي هذين البحرين. في بحر الصفاء، رُصدت طبقات على عمق 0.9 و1.6 كيلومتر تحت السطح. وفي بحر الأزمات، رُصدت طبقة على عمق 1.4 كيلومتر تحت السطح. ويبدو أن قاع بازلت البحار القمرية لم يُرصد بهذه التجربة. مع ذلك، في بحر الأزمات، جُمعت نتائج تجربة جهاز قياس الأعماق القمري مع ملاحظات أخرى لتقدير سُمك إجمالي للبازلت يتراوح بين 2.4 و3.4 كيلومتر.

ساهمت تجربة جهاز قياس تضاريس القمر (Lunar Sounder Experiment) في فهمنا للتلال المتعرجة على سطح القمر. توجد هذه التلال الطويلة والمنخفضة في العديد من سهول القمر. يعتقد معظم علماء الجيولوجيا القمرية أن هذه التلال تشكلت عندما تشوه سطح القمر بفعل حركة على طول الصدوع (الزلازل القمرية) في قشرة القمر قبل أكثر من 3 مليارات سنة. تسبب وزن عدة كيلومترات من بازلت سهول القمر في هذه المناطق في هبوط سطح القمر قليلاً، وتسببت هذه الحركة في انبعاج السطح في بعض الأماكن، مما أدى إلى تكوين التلال المتعرجة. مع ذلك، اقترح علماء آخرون أن هذه التلال هي ظواهر بركانية، تشكلت بفعل تدفق الصهارة إما على سطح القمر أو داخل قشرته. درست تجربة جهاز قياس تضاريس القمر (Lunar Sounder Experiment) العديد من التلال المتعرجة في جنوب بحر الصفاء (Mare Serenitatis) بالتفصيل، موفرةً معلومات حول تضاريس هذه التلال وحول التراكيب الموجودة في القشرة أسفلها. تدعم هذه النتائج فكرة أن التلال المتعرجة تشكلت في المقام الأول بفعل الحركات على طول الصدوع. ^{[ 2 ]}

عمل جهاز ALSE على نطاقين من الترددات العالية ( HF) (5  ميجاهرتز: HF1 و15  ميجاهرتز: HF2) ونطاق واحد من الترددات العالية جدًا ( VHF ) (150  ميجاهرتز)، بعرض نطاق ترددي 10% لكل منهما (باستخدام إشارة مُعدَّلة التردد ). استخدم نطاقا الترددات العالية نفس هوائي ثنائي القطب ذي التغذية المركزية، بينما استُخدم هوائي ياغي سباعي العناصر لقناة الترددات العالية جدًا. استُخدم جهازا إرسال واستقبال مختلفان للترددات العالية (بالتناوب بين HF1 وHF2 على أساس معدل تكرار النبضات ) والترددات العالية جدًا، مع استخدام مسجل بصري مشترك. لم يكن من الممكن التشغيل في نطاقي الترددات العالية جدًا والعالية في آنٍ واحد. بلغ وزن النظام بأكمله 43 كيلوغرامًا، واستهلك 103 واط من الطاقة. وُضعت الإلكترونيات داخل وحدة خدمة أبولو . كان نصفي هوائي ثنائي القطب قابلين للسحب، على جانبي وحدة الخدمة نفسها، بينما تم تخزين هوائي ياغي المستخدم في نطاق الترددات العالية جدًا بالقرب من المحرك الرئيسي ثم تم نشره في مكانه بعد الإطلاق.  

بما أن الهدف الرئيسي للتجربة هو رسم خرائط الطبقات تحت السطحية، فقد كان أهم عامل في التصميم هو المفاضلة بين عمق الاختراق والدقة: فالترددات المنخفضة تخترق بشكل أكبر، لكنها تسمح بنطاق ترددي أصغر للإشارة، وبالتالي دقة أقل، مما يؤثر بدوره على القدرة على تمييز أصداء الطبقات تحت السطحية القريبة من السطح. كما تأثرت قدرة السبر بما يلي:

• الفصوص الجانبية لنطاق التردد المضغوط : قد تحجب هذه الفصوص أصداء الطبقات تحت السطحية الضعيفة إذا لم يتم التحكم بها بشكل صحيح. صُممت تقنية ALSE بحيث يكون الحد الأدنى لنسبة ذروة الإشارة إلى الفصوص الجانبية 45 ديسيبل بعد الفص الثالث. 
• قد يُشتبه في ارتداد التشويش السطحي غير العمودي مع صدى ما تحت السطح ذي التأخير نفسه. وللحد من التشويش على طول المسار، يتم توليد فتحة اصطناعية في المعالجة الأرضية، مما يُضيّق نطاق تغطية الهوائي الفعال.

كان لا بد من استنتاج التشويش الناتج عن المشتتات العرضية من معرفة تضاريس السطح.

تم تضمين خاصية التحكم التلقائي في الكسب (AGC) في جميع القنوات لتحسين توزيع الإشارة ضمن النطاق الديناميكي لجهاز الاستقبال . وكان معدل تحديث AGC كل 30 ثانية. في كل من أجهزة الإرسال والاستقبال عالية التردد (HF) وعالية التردد جدًا (VHF)، تم توليد إشارة التردد  المتغير (chirp) بواسطة مذبذب كاسح متزامن مع مذبذب محلي مستقر (STALO) للحفاظ على تماسك الطور لمعالجة بيانات الرادار ذي الفتحة التركيبية (SAR) . تم تحويل الإشارة المستقبلة عند التردد المتوسط ​​(IF)، واستُخدمت سعة الإشارة لتعديل سعة أنبوب أشعة الكاثود (CRT ) (الذي يتم مسحه بمعدل تكرار النبضات PRF)، والذي بدوره قام بطباعة فيلم 70 مم للتسجيل البصري للبيانات. نظرًا لسرعة التسجيل العالية المطلوبة لقناة VHF ذات النطاق الترددي الأوسع ، ولتقليل كمية البيانات المسجلة، استخدمت هذه القناة نظام تتبع الصدى لالتقاط وتسجيل إشارة العودة السطحية الرئيسية فقط، بالإضافة إلى 70 ميكروثانية من الصدى التي تليها مباشرة. بالإضافة إلى ذلك، في هذه القناة، تم زيادة كسب جهاز الاستقبال بعد 13 ميكروثانية من وصول صدى السطح الرئيسي لتحقيق أفضل استفادة من النطاق الديناميكي على العوائد الضعيفة تحت السطح.   

وبما أن جهاز التسجيل كان موجودًا في وحدة الخدمة، فقد قام رائد الفضاء رون إيفانز بنشاط خارج المركبة (EVA) أثناء رحلة العودة من القمر لجمع الأفلام المسجلة.

سمحت منشأة المعالجة الموجودة على الأرض بإجراء معالجة بصرية كاملة (في ذلك الوقت، كان النهج القياسي لمعالجة بيانات الرادار ذي الفتحة التركيبية ) عن طريق ضغط السمت و/أو المدى، أو رقمنة البيانات الخام أو المضغوطة سمتياً للمعالجة الرقمية اللاحقة.

خلال مرحلة التطوير، تم تركيب نموذج أولي معدل من نظام ALSE على متن طائرة KC-135 لإجراء اختبارات صوتية فوق جنوب شرق الولايات المتحدة وفوق جرينلاند ، مما يدل على قدرات النظام.

تم تلخيص المعايير الرئيسية لرادار ALSE في الجدول أدناه: ^{[ 3 ]}

• مهمة أبولو 17 في معهد القمر والكواكب