المستكشف 43

تم تركيب هوائيين ثنائيي القطب بشكل متعامد في مستوى دوران المركبة الفضائية، بينما تم تركيب هوائي ثنائي القطب ثالث على طول محور دوران المركبة. كانت أطوال عناصر الهوائي كالتالي: -X، 27.6 مترًا (91 قدمًا) ؛ +X، 24.4 مترًا (80 قدمًا) ؛ -Y و+Y، 45.5 مترًا (149 قدمًا) ؛ -Z و+Z (محور الدوران)، 2.9 مترًا (9 أقدام و6 بوصات) . قامت أجهزة قياس الجهد الكهربائي بقياس فرق الجهد التناظري بين عناصر كل زوج من الهوائيات في آنٍ واحد كل 5.12 ثانية. تم أخذ عينات من فروق الجهد رقميًا من خلال محول تناظري/رقمي ذي 14 بت كل 0.64 ثانية. بلغت حساسية التيار المستمر 100 ميكروفولت لكل متر. ^{[ 5 ]}         

تم تقسيم هذه التجربة، كما حددتها وكالة ناسا في الأصل، في مركز تطوير علوم الفضاء الوطني (NSSDC ) إلى مكوناتها: أيوا (71-019A-03)، ومينيسوتا (71-019A-12)، ومركز غودارد لرحلات الفضاء (GSFC) (71-019A-16). وكان أداء التجربة الأولي طبيعياً. ^{[ 6 ]}

تم قياس شدة المجال الكهربائي المتردد في 12 قناة ضيقة ضمن نطاق تردد من 0.1 إلى 100 هرتز . بلغت عتبة الضوضاء المثلى للتجربة 10 ميكروفولت لكل متر. تم أخذ عينة من كل قناة مرة كل 5.12 ثانية بمعدل بت عالٍ. استُخدمت الهوائيات المستخدمة في تجربة المجال المستمر (71-019A-02) في هذه التجربة أيضًا. ^{[ 7 ]}

تم الحصول على بيانات المجالين الكهربائي والمغناطيسي (E وB) في آنٍ واحد باستخدام ثلاثة هوائيات حلقية متعامدة وثلاثة ثنائيات أقطاب متعامدة (متوازنة تقريبًا) في 16 قناة ضيقة متساوية التباعد لوغاريتميًا، ضمن نطاق ترددي من 20 هرتز إلى 200 كيلوهرتز. استُخدمت هذه الكواشف أيضًا في تجربة المجال الكهربائي المستمر (71-019A-02). بلغت دقة التردد الطيفي حوالي 30%. تم أخذ عينات من كل قناة من قنوات المجال الكهربائي والمغناطيسي كل 5.12 ثانية. كما استُخدم هوائي ثنائي قطب احتياطي قصير (طوله حوالي متر واحد (3 أقدام و3 بوصات) من طرف إلى طرف) للكشف عن ظواهر البلازما ذات الأطوال الموجية القصيرة جدًا. تم أيضًا نقل بيانات المجالين الكهربائي والمغناطيسي التناظرية من 0 إلى 30 كيلوهرتز في ثلاثة أجزاء عبر قناة تناظرية خاصة بقدرة 4 واط . صُممت هذه التجربة لتُستخدم بالتزامن مع محلل الطاقة التفاضلي للبروتونات والإلكترونات منخفضة الطاقة (LEPEDEA). ^{[ 8 ]}   

صُممت هذه التجربة لتحديد استقطاب موجات البلازما، واتجاه انتشارها، وتدفقها، واتجاه سطحها العمودي. ويمكن حساب متوسط ​​الارتباط الزمني عند تردد قناة واحدة من أي توليفة من عناصر الهوائي الستة في آنٍ واحد بواسطة ستة حواسيب تناظرية مُدمجة. تضمنت التجربة 64 قناة ترددية متساوية التباعد لوغاريتميًا، مركزها من 23 هرتز إلى 200 كيلوهرتز، بعرض نطاق ترددي 15% عند 3 ديسيبل. بلغ زمن المتوسط ​​2.5 ثانية عند معدل بتات عالٍ. تم التحكم في توليفات العناصر وتسلسل الترددات المراد قياسها إما بواسطة حاسوب مُدمج أو من الأرض. ^{[ 9 ]}

صُممت هذه التجربة لدراسة الأطياف الراديوية للمجرة والشمس وكوكب المشتري بدقة زمنية عالية نسبيًا. وقد تم استخدام مقياسين للإشعاع بترددات متدرجة، مثبتين على هوائي ثنائي القطب بطول 91 مترًا (299 قدمًا) (يُستخدم أيضًا في تجارب المجال الكهربائي)، حيث قاما بقياس الترددات من 30 كيلوهرتز إلى 2 ميجاهرتز على 32 خطوة. ^{[ 10 ]}  

كان الهدف من هذه التجربة دراسة أطياف المجرة والشمس وكوكب المشتري بدقة تدفق عالية (حوالي 1%). تم توصيل مقياس إشعاع، يعمل إما بنمط متدرج (ثمانية ترددات) أو بتردد واحد، بهوائي ثنائي القطب بطول 91 مترًا (299 قدمًا) ، والذي استُخدم أيضًا في تجارب المجال الكهربائي. تراوح نطاق التردد المُغطى من 0.05 إلى 3.5 ميجاهرتز. ^{[ 11 ]}  

صُممت هذه التجربة لإجراء رصد شامل لأطياف الطاقة التفاضلية، والتوزيعات الزاوية، والتوزيعات المكانية، والتغيرات الزمنية للإلكترونات والبروتونات على مدى المسافة الشعاعية المركزية الأرضية من 1.03 إلى 30 ضعف نصف قطر الأرض. ولتحقيق هذا الغرض، استُخدمت مصفوفتان من محللات الطاقة الكهروستاتيكية الأسطوانية ذات الألواح المنحنية ومضاعفات القنوات المتصلة. كان أحد المحللين، وهو LEPEDEA (محلل الطاقة التفاضلية للبروتونات والإلكترونات منخفضة الطاقة)، ​​مُخصصًا لقياس أطياف الطاقة والتوزيع الزاوي للبروتونات والإلكترونات بشكل منفصل في نطاق الطاقة من 24 إلكترون فولت إلى 50 كيلو إلكترون فولت (16 فاصلًا طاقيًا للبروتونات والإلكترونات على حدة). أما المحلل الآخر، LEPEDEA (محلل الطاقة التفاضلية للبروتونات منخفضة الطاقة)، ​​فقد قاس أطياف الطاقة والتوزيع الزاوي للبروتونات في نطاق الطاقة من 1.7 إلى 550 إلكترون فولت (ثمانية فواصل طاقية). وُضعت المحللات بشكل عمودي على محور دوران المركبة الفضائية. استُخدم عداد جايجر-مولر من نوع EON 213، ذو مجال رؤية مُجمّع بزاوية نصفية 15 درجة، مُوجّه بشكل مُوازٍ تقريبًا لمجال رؤية جهاز LEPEDEA، لقياس شدة الإلكترونات ذات الطاقات التي تزيد عن 45 كيلو إلكترون فولت والبروتونات ذات الطاقات التي تزيد عن 500 كيلو إلكترون فولت، ولتوفير قياسات الخلفية لجهاز LEPDEA. تعطل مُضاعف الإلكترونات ذو القناة المُستمرة في 10 أغسطس 1974، مما حال دون جمع أي بيانات إلكترونية مُفيدة خلال الأسابيع السبعة الأخيرة من عمر المركبة الفضائية. فيما عدا ذلك، عملت التجربة بشكل طبيعي طوال عمر المركبة الفضائية. ^{[ 12 ]}

صُممت هذه التجربة لقياس المجال المغناطيسي المتجه بدقة في الوسط بين الكواكب وفي الغلاف المغناطيسي للأرض ، وذيلها، وغلافها المغناطيسي الخارجي . كان الكاشف عبارة عن مقياس مغناطيسي ثلاثي المحاور مثبت على ذراع، مزود بأربعة نطاقات: ± 16، 48، 144، و432 نانوتسلا على التوالي. وكانت الحساسيات المقابلة ± 0.06، 0.19، 0.56، و1.69 نانوتسلا على التوالي. تضمنت التجربة خاصية اختيار النطاق تلقائيًا. كما سمحت آلية قلب بمعايرة مستويات الصفر الثلاثة للمستشعر أثناء الطيران. بلغ معدل أخذ عينات المتجه 12.5 عينة في الثانية. عملت التجربة بشكل طبيعي طوال عمر المركبة الفضائية. ^{[ 13 ]}

استُخدم محلل كهروستاتيكي نصف كروي لتوسيع نطاق وصف تجمعات الجسيمات (الإلكترونات والأيونات الموجبة) في الرياح الشمسية ، والغلاف المغناطيسي، والذيل المغناطيسي. أُجري تحليل الطيف الطاقي بشحن الألواح إلى مستويات جهد معروفة، ثم السماح لها بالتفريغ بثوابت زمنية RC معروفة. احتوى المحلل على أربعة أوضاع قابلة للتحكم. صُمم الوضع الأول لقياس بروتونات الرياح الشمسية وجسيمات ألفا. خلال ثماني دورات للمركبة الفضائية، تم الحصول على أطياف طاقة مكونة من 32 مستوى في ثمانية نطاقات زاوية متمركزة حول الشمس. امتدت مستويات الطاقة من 100 إلكترون فولت إلى 8 كيلو إلكترون فولت. صُمم الوضع الثاني لقياس الأيونات الثقيلة في الرياح الشمسية. كانت هذه الدورة مماثلة للأولى، باستثناء أن مستويات الطاقة لكل شحنة كانت محدودة من 900 إلكترون فولت إلى 8 كيلو إلكترون فولت، وزادت كفاءة عد الأيونات الثقيلة مقارنةً بالبروتونات وجسيمات ألفا. صُمم الوضع الثالث لقياس إلكترونات الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي، بالإضافة إلى الأيونات الموجبة في الغلاف المغناطيسي. كانت هذه دورة مركبة تتناوب فيها عمليات المسح الطيفي للإلكترونات والأيونات الموجبة. خلال دورة من تسع دورات للمركبة الفضائية، تم الحصول على ثمانية أطياف للإلكترونات وثمانية أطياف للأيونات الموجبة. تضمنت البيانات المجمعة للإلكترونات في هذا الوضع أطياف طاقة مكونة من 16 مستوى، تم الحصول عليها في 32 نطاقًا زاويًا متباعدًا بالتساوي. امتدت الأطياف من 4 إلى 1000 إلكترون فولت. أما بيانات الأيونات الموجبة، فتضمنت أطيافًا مكونة من 32 مستوى، تم الحصول عليها في نفس النطاقات الزاوية الـ 32. امتدت أطياف الطاقة لكل شحنة من 100 إلكترون فولت إلى 8 كيلو إلكترون فولت. صُمم الوضع الرابع للإلكترونات والأيونات الموجبة في ذيل الغلاف المغناطيسي. دُرست الإلكترونات والأيونات الموجبة باستخدام أطياف مكونة من 16 مستوى في 32 نطاقًا زاويًا متباعدًا بالتساوي لكل من الإلكترونات والأيونات الموجبة. تراوحت نطاقات الطاقة لكل شحنة من 6 إلكترون فولت إلى 24 كيلو إلكترون فولت للإلكترونات، ومن 45 إلكترون فولت إلى 34 كيلو إلكترون فولت للأيونات الموجبة. ^{[ 14 ]}

تألفت هذه التجربة من كاشفين للبلازما متعاكسين في الاتجاه، وكلاهما عمودي على محور دوران المركبة الفضائية. قاس محلل كهروستاتيكي البروتونات وجسيمات ألفا بفولتيات انحراف تتراوح بين 170 و6400 فولت. بينما قاس محلل كهروستاتيكي ومنتقي سرعة جسيمات ألفا فقط بفولتيات انحراف تتراوح بين 640 و7200 فولت. خلال دورات المركبة الفضائية المتتالية، تم تغيير فولتية انحراف كل من المحللين الكهروستاتيكيين عبر إحدى 20 خطوة متساوية التباعد لوغاريتميًا ضمن الفترات المذكورة أعلاه. وبذلك، تم الحصول على أطياف كاملة في غضون 240 ثانية. كان أداء التجربة طبيعيًا خلال الشهر الأول، إلا أن حدوث ماس كهربائي في جزء الجهد العالي تسبب في فشل التجربة. ^{[ 15 ]}

استُخدمت هذه التجربة لدراسة تسارع الإلكترونات عند الشمس وانبعاثها إلى الفضاء بين الكواكب، وتألفت من أربعة كواشف. اثنان منها عبارة عن أنابيب جايجر-مولر (GM) بزاوية رؤية 170° بالنسبة لمحور دوران المركبة الفضائية. استجاب أحد الأنبوبين للإلكترونات ذات طاقات تزيد عن 20 كيلو إلكترون فولت، والتي تشتتت عكسيًا عن صفيحة ذهبية . جُمعت بيانات الإلكترونات ذات طاقة 20 كيلو إلكترون فولت وقُرئت كل 10.24 ثانية. أما أنبوب جايجر-مولر الآخر، فقد رصد مباشرةً الإلكترونات والبروتونات ذات طاقات تزيد عن 18 و250 كيلو إلكترون فولت على التوالي. جُمعت هذه البيانات وقُرئت كل 5.12 ثانية. أما الكاشف الثالث، وهو تلسكوب يتكون من ثلاثة أشباه موصلات، فكانت زاوية رؤيته 170° بالنسبة لمحور دوران المركبة الفضائية. استجاب هذا الكاشف للإلكترونات والبروتونات في نطاقي الطاقة من 18 إلى 450 كيلو إلكترون فولت ومن 0.04 إلى 2 ميجا إلكترون فولت على التوالي. جُمعت بيانات الإلكترونات من هذا الكاشف في أربع قنوات طاقة متجاورة متساوية التباعد لوغاريتميًا لمدة 5.12 ثانية، وقُرئت في نهاية كل فترة زمنية. إضافةً إلى ذلك، أُجري تحليل لارتفاع النبضات على قراءات الكاشف باستخدام 64 قناة، ونُقلت هذه المعلومات عن بُعد كل 163.84 ثانية. جُمعت بيانات البروتونات من هذا الكاشف وقُرئت كل 20.48 ثانية. يتكون الكاشف الرابع من شبه موصلين باتجاه رؤية عمودي على محور دوران المركبة الفضائية. استجاب هذا الكاشف للإلكترونات ذات الطاقات بين 47 و350 كيلو إلكترون فولت التي تشتتت عكسيًا من رقاقة ذهبية. تم تجميع عدد الإلكترونات ذات الطاقة من 47 إلى 350 كيلو إلكترون فولت والإلكترونات ذات الطاقة من 80 إلى 350 كيلو إلكترون فولت في كل من 16 و4 قطاعات متساوية الزوايا على التوالي، خلال فترات متتالية مدتها 20.48 ثانية، وتمت قراءتها في نهاية كل فترة. وقد سارت التجربة بشكل طبيعي. ^{[ 16 ]}

صُممت هذه التجربة لقياس أطياف وتكوين الأشعة الكونية الشمسية والمجرية، وجسيمات ذيل الغلاف المغناطيسي، لتكون بمثابة نموذج أولي للأجهزة التي ستُحمل على متن مسباري الفضاء العميق بايونير 10 و 11 ، ولتوفير بيانات مرجعية بدقة 1 وحدة فلكية للمقارنة مع بيانات بايونير في دراسات التدرج. تألفت التجربة من تلسكوب لتحليل التركيب (تعطل بعد حوالي 10 أيام من الإطلاق)، وتلسكوب ثانٍ (استُخلصت منه جميع البيانات المفيدة لهذه التجربة تقريبًا)، وكاشف لتيار الإلكترونات (إلكترونات تزيد طاقتها عن 1.8 ميغا إلكترون فولت بالإضافة إلى بروتونات تزيد طاقتها عن 21 ميغا إلكترون فولت)، وخلية انشطار (بروتونات تزيد طاقتها عن 120 ميغا إلكترون فولت). أُدرج الجهازان الأخيران تحديدًا كنموذجين أوليين لأجهزة بايونير المصممة لقياس التدفقات العالية جدًا للجسيمات المحصورة على كوكب المشتري. لذا، لم يتم تحسينهما لقياس التدفقات المنخفضة نسبيًا في حزام الإشعاع الأرضي. تألف التلسكوب الناجح من ستة مستشعرات متوازية (خمسة مستشعرات سيليكونية مطلية بالليثيوم ومستشعر وميضي واحد من يوديد السيزيوم (الثاليوم)) ومستشعر وميضي مضاد للتزامن. كان اتجاه رؤية هذا التلسكوب عموديًا على محور دوران المركبة الفضائية، وبلغت فتحته الزاوية ما بين 48° و64° (بحسب نمط التزامن المُعتمد). تم الحصول على معدلات نمط التزامن (تراكمات كل 5.12 ثانية، تُقابل بروتونات في النطاقات من 0.5 إلى 10.6، ومن 10.6 إلى 19.6، ومن 29.3 إلى 66.7، وأعلى من 66.7 ميغا إلكترون فولت) كل 10.24 ثانية. استُخدم تحليل ارتفاع النبضة (حدث واحد كل 20.48 ثانية) مع هذه المعدلات لدراسة التركيب الشحني (حتى Z = 8)، والتركيب النظائري (لـ Z = 1 و2)، وتدفقات الإلكترونات. استُخدم الحاسوب الموجود على متن المركبة الفضائية لتمكين تحقيق بعض الأهداف المخصصة لتلسكوب التركيب من خلال التلسكوب الأصغر الناجح. وباستثناء فشل تلسكوب التركيب، سارت التجربة كما هو مخطط لها طوال فترة تشغيل المركبة الفضائية. ^{[ 17 ]}

تم فصل هذه التجربة، كما حددتها وكالة ناسا في الأصل، في مركز تطوير علوم الفضاء الوطني (NSSDC) إلى مكونيها: ميشيغان (71-019A-13) ومركز غودارد لرحلات الفضاء (GSFC) (71-019A-15). وكان أداء التجربة الأولي طبيعياً. ^{[ 18 ]}

صُممت تجربة الأشعة الكونية في مركز غودارد لرحلات الفضاء (GSFC) لقياس أطياف الطاقة، والتركيب، والتوزيعات الزاوية للإلكترونات والبروتونات والأنوية الأثقل من الشمس والمجرات حتى العدد الذري Z=26. استُخدمت ثلاثة أنظمة كشف متميزة. يتألف النظام الأول من أربعة تلسكوبات صلبة متطابقة تقريبًا. اثنان منها عموديان على محور دوران المركبة الفضائية، واثنان موازيان له. نظرًا لاختلاف التلسكوبات في سماكة طبقاتها الماصة، أمكن التمييز بين الإلكترونات والبروتونات. استجاب كل كاشف للجسيمات التي تتراوح طاقتها بين 50 كيلو إلكترون فولت و2 ميغا إلكترون فولت. وتضمن النظام محللًا تكامليًا سباعي المستويات للحصول على المعلومات الطيفية. أما نظام الكشف الثاني، فكان تلسكوبًا صلبًا لقياس dE/dx مقابل E، موجهًا عموديًا على محور الدوران. قاس هذا التلسكوب أنوية ذات أعداد ذرية Z=1 إلى 16 بطاقات تتراوح بين 4 و20 ميغا إلكترون فولت/ نيوكليون . تم الحصول على إحصاءات الجسيمات في نطاق طاقة يتراوح بين 0.5 و4 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون، دون تحديد للشحنة، كإحصاءات في مستشعر dE/dx، وليس في مستشعر E. كان نظام الكشف الثالث عبارة عن تلسكوب ثلاثي العناصر، يشكل محوره زاوية 39 درجة بالنسبة لمحور الدوران. استجاب الجهاز للإلكترونات التي تتراوح طاقتها بين 2 و12 ميغا إلكترون فولت، وللأنوية ذات العدد الذري Z=1 إلى 30 في نطاق طاقة يتراوح بين 20 و500 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون. بالنسبة للجسيمات التي تقل طاقتها عن 80 ميغا إلكترون فولت، عمل هذا الجهاز ككاشف dE/dx مقابل E. أما بالنسبة للجسيمات التي تزيد طاقتها عن 80 ميغا إلكترون فولت، فقد عمل ككاشف dE/dx ثلاثي الاتجاه مقابل E. باستخدام مزيج من تحليل ارتفاع النبضة وتبديل الكسب، تم فرز مخرجات كل مستشعر من نظامي الكشف الثاني والثالث إلى إحدى قنوات الطاقة البالغ عددها 1000 و1200 قناة على التوالي. تم الحصول على معلومات اتجاه التدفق بتقسيم أجزاء معينة من البيانات من كل كاشف إلى ثمانية قطاعات زاوية. عمل نظام الكاشف الثاني بشكل طبيعي من الإطلاق حتى 14 أكتوبر 1971 (ظل الأوج)، وبعد ذلك ظهرت مشاكل. لم يتم الحصول على أي بيانات تقريبًا من هذا التلسكوب بعد نوفمبر 1971. بخلاف ذلك، عملت التجربة بشكل طبيعي طوال عمر المركبة الفضائية. ^{[ 19 ]}

تألفت تجربة رصد البروتونات الشمسية من خمسة كواشف منفصلة، ​​يستخدم كل منها عنصرًا واحدًا أو أكثر من عناصر الكشف الصلبة. قامت ثلاثة كواشف، لكل منها مجال رؤية يبلغ 2π-ستراديان وزمن تجميع بيانات 5.12 ثانية، بقياس البروتونات ذات طاقات أعلى من 10 و30 و60 ميغا إلكترون فولت. ونُشرت التدفقات المتوسطة الناتجة كل ساعة بشكل سريع في مجلة "البيانات الجيوفيزيائية الشمسية". أما الكاشف الرابع، وهو تلسكوب ثنائي العناصر، فقد قاس التدفقات الاتجاهية للبروتونات في نطاقات الطاقة من 0.2 إلى 0.5، ومن 0.5 إلى 2.0، ومن 2.0 إلى 7.5 ميغا إلكترون فولت، والتدفقات الاتجاهية لجسيمات ألفا في نطاق الطاقة من 8 إلى 20 ميغا إلكترون فولت. وقاس الكاشف الخامس التدفقات الاتجاهية للإلكترونات التي تزيد طاقتها عن 10 كيلو إلكترون فولت. وبالنسبة للكاشفين الأخيرين، تم الحصول على البيانات في قطاعات بزاوية 45 درجة أثناء دوران المركبة الفضائية. تم تضمين إمكانية المعايرة المدمجة لأول أربعة كواشف. ^{[ 20 ]}

صُممت هذه التجربة لدراسة الإلكترونات والبوزيترونات المجرية والشمسية في نطاق الطاقة الحركية من 100 كيلو إلكترون فولت إلى 1.5 ميجا إلكترون فولت. كما تم الحصول على معلومات عن البروتونات بين 0.5 و4.0 ميجا إلكترون فولت. كان الكاشف الرئيسي عبارة عن وميض بلوري من الستيلبين مُجمّع، مُوجّه عموديًا على محور دوران المركبة الفضائية. استُخدمت بلورة مماثلة، محمية بالكامل، لتحديد مساهمة الإلكترونات والبروتونات المُتولّدة داخل الكاشف الرئيسي بواسطة أشعة جاما والنيوترونات ، على التوالي، في معدل عدّ الكاشف الرئيسي. كما استُخدمت بلورة من يوديد السيزيوم (CsI) محمية بالكامل كمطياف لأشعة جاما، بالتزامن مع الكاشف الرئيسي، للتمييز بين الإلكترونات والبوزيترونات. تم قياس معدلات العدّ من كل كاشف عن بُعد، والتي تم الحصول عليها في ثمانية قطاعات زاوية لكل دورة. بالإضافة إلى ذلك، دُرست سعة وشكل النبضة المُتولّدة في الكاشف الرئيسي بواسطة أول جسيم مُتوقف في كل إطار قياس عن بُعد مناسب. وفرت سعة النبضة وشكلها معلومات عن الطاقة (بدقة 10%) وأنواع الجسيمات. كان أداء التجربة الأولي طبيعيًا. إلا أن عطلًا في التجربة حال دون الحصول على بيانات مفيدة بين الأسبوعين السابع والثاني عشر بعد الإطلاق. وقد صعّب التشغيل الهامشي لجزء من الجهاز تحديد نسب البوزيترونات إلى الإلكترونات. وبخلاف ذلك، كان أداء الجهاز طبيعيًا حتى 26 سبتمبر 1972، عندما تعذر تشغيل التجربة بعد إيقاف تشغيل المركبة الفضائية لمدة أربع ساعات. ^{[ 21 ]}