ليدي

قد يمتلك القمر غلافًا جويًا رقيقًا من جزيئات متحركة تقفز باستمرار من سطحه وتسقط عائدةً إليه، مما يُنتج "غلافًا جويًا غباريًا" يبدو ثابتًا ولكنه في الواقع يتكون من جزيئات غبار في حركة دائمة. ووفقًا للنماذج المقترحة منذ عام 1956، ^{[ 17 ]} فإن الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية الشمسية على الجانب المُضاء من القمر ذات طاقة كافية لإخراج الإلكترونات من الذرات والجزيئات في التربة القمرية. تتراكم الشحنات الموجبة حتى تُدفع أصغر جزيئات الغبار القمري (التي يبلغ قياسها ميكرومترًا واحدًا أو أقل) بعيدًا عن السطح وتُرفع إلى ارتفاعات تتراوح من أمتار إلى كيلومترات، حيث تصل أصغر الجزيئات إلى أعلى الارتفاعات. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} وفي النهاية، تسقط هذه الجزيئات عائدةً إلى السطح حيث تتكرر العملية. أما على الجانب المظلم، فيُشحن الغبار بشحنة سالبة بفعل الإلكترونات الموجودة في الرياح الشمسية . في الواقع، يشير "نموذج النافورة" إلى أن الجانب الليلي من القمر سيتشحن بفولتيات أعلى من الجانب النهاري، مما قد يؤدي إلى إطلاق جزيئات الغبار بسرعات وارتفاعات أعلى. ^{[ 18 ]} وقد يتعزز هذا التأثير خلال الجزء من مدار القمر الذي يمر فيه عبر ذيل الغلاف المغناطيسي للأرض ؛ ^{[ 21 ]} انظر المجال المغناطيسي للقمر لمزيد من التفاصيل. على خط الفصل بين الليل والنهار، قد تتشكل مجالات كهربائية أفقية كبيرة بين منطقتي النهار والليل، مما يؤدي إلى نقل الغبار أفقيًا. ^{[ 21 ]}

كما تبين أن للقمر ذيلاً صوديومياً خافتاً للغاية لا يمكن رصده بالعين المجردة. يمتد هذا الذيل لمئات الآلاف من الأميال، وقد اكتُشف عام ١٩٩٨ نتيجة رصد علماء من جامعة بوسطن لعاصفة شهب الليونيد . يُطلق القمر باستمرار غاز الصوديوم الذري من سطحه، ويعمل ضغط الإشعاع الشمسي على تسريع ذرات الصوديوم في الاتجاه المعاكس للشمس، مُشكلاً ذيلاً ممتداً يتجه بعيداً عنها. ^{[ ٢٢ ] [ ٢٣ ] [ ٢٤ ]} وحتى أبريل ٢٠١٣، لم يُحدد بعد ما إذا كانت ذرات غاز الصوديوم المتأينة أو الغبار المشحون هي سبب توهج القمر المُبلغ عنه. ^{[ ٢٥ ]}

كان من المتوقع أن تُلوِّث المركبة الفضائية الصينية تشانغ إي 3 ، التي أُطلقت في 1 ديسمبر 2013 ودخلت مدار القمر في 6 ديسمبر، ^{[ 26 ]} الغلاف الجوي الخارجي الرقيق للقمر بوقود ناتج عن احتراق المحرك وغبار قمري من هبوط المركبة. ^{[ 27 ]} وبينما أُعرب عن مخاوف من أن يُعطِّل ذلك مهمة LADEE، ^{[ 27 ]} مثل قراءاتها الأساسية للغلاف الجوي الخارجي للقمر، إلا أنه أضاف قيمة علمية إضافية نظرًا لمعرفة كمية وتركيب عادم نظام الدفع الخاص بالمركبة الفضائية. ^{[ 28 ]} استُخدمت بيانات LADEE لتتبع توزيع العادم والغبار وتبددهما في نهاية المطاف في الغلاف الجوي الخارجي للقمر. ^{[ 28 ] [ 29 ]} كما أمكن رصد هجرة الماء ، أحد مكونات العادم، مما أعطى نظرة ثاقبة حول كيفية انتقاله واحتجازه حول قطبي القمر. ^{[ 30 ]}

أُطلق مسبار LADEE في 7 سبتمبر 2013، الساعة 03:27 بالتوقيت  العالمي المنسق (11:27 مساءً بتوقيت شرق الولايات المتحدة في 6 سبتمبر)، من منشأة والوبس للطيران في ميناء الفضاء الإقليمي الأطلسي الأوسط، على متن صاروخ مينوتور 5. ^{[ 33 ]} وكانت هذه أول مهمة قمرية تُطلق من تلك المنشأة. وقد أتاح الإطلاق إمكانية الرؤية على امتداد جزء كبير من الساحل الشرقي للولايات المتحدة، من ولاية مين إلى ولاية كارولاينا الجنوبية؛ وسمح الطقس الصافي لعدد كبير من المراقبين من مدينة نيويورك إلى ولاية فرجينيا بمتابعة عملية الصعود، وإيقاف المرحلة الأولى، وبدء تشغيل المرحلة الثانية. ^{[ 34 ]}

بما أن صاروخ مينوتور 5 يعمل بالوقود الصلب ، فقد اختلف نظام التحكم في وضعية المركبة الفضائية في هذه المهمة قليلاً عن الصواريخ التقليدية التي تعمل بالوقود السائل، حيث يتميز بتغذية راجعة مغلقة أكثر استمرارية . تُحلّق المراحل الثلاث الأولى من مينوتور وفق "مسار مُبرمج مسبقًا" لاكتساب السرعة وتوجيه المركبة إلى مسارها الأولي، بينما تُستخدم المرحلة الرابعة لتعديل مسار الرحلة وتوجيه مركبة LADEE الفضائية إلى نقطة الحضيض (الحضيض الأرضي) للمرحلة الخامسة المُثبتة بالدوران، والتي بدورها تضع المركبة في مدار بيضاوي الشكل حول الأرض - وهو الأول من ثلاثة مدارات - لبدء رحلة عبور القمر التي تستغرق شهرًا. ^{[ 35 ]}

على الرغم من انفصالها الآن عن المركبة الفضائية LADEE، فقد وصلت المرحلتان الرابعة والخامسة من صاروخ مينوتور 5 إلى المدار، وهما الآن حطام فضائي في مدار الأرض . ^{[ 3 ]}

انتشرت على مواقع التواصل الاجتماعي صورةٌ لضفدعٍ قذفته موجة الضغط عالياً أثناء إطلاقه. ولا يزال مصير الضفدع مجهولاً. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

رسم متحرك لمسار المركبة الفضائية LADEE من 7 سبتمبر 2013 إلى 31 أكتوبر 2013. LADEE · القمر · الأرض        

رسم متحرك لمسار مركبة LADEE حول القمر من 1 أكتوبر 2013 إلى 17 أبريل 2014. LADEE · القمر     

اتبعت مركبة LADEE الفضائية نهجًا غير مألوف في عبورها حول القمر . فقد انطلقت إلى مدار بيضاوي الشكل حول الأرض ، وأكملت ثلاث دورات متزايدة الحجم حول الأرض ^{[ 3 ]} قبل أن تقترب بما يكفي للدخول في مدار قمري . واستغرق العبور حوالي شهر واحد. ^{[ 38 ]}

بعد انفصال القمر الصناعي عن مركبة مينوتور، تم رصد تيارات كهربائية عالية في عجلات رد الفعل الخاصة به ، مما أدى إلى إيقاف تشغيلها. لم تكن هناك أي مؤشرات على وجود عطل، وبعد تعديل حدود الحماية، استؤنف التوجيه باستخدام عجلات رد الفعل في اليوم التالي. ^{[ 39 ]}

أكملت المركبة الفضائية LADEE ثلاث دورات مدارية حول الأرض قبل دخولها مدار القمر ، والذي تم عند نقطة الحضيض في الدورة الثالثة باستخدام احتراق المحرك لمدة ثلاث دقائق. ^{[ 3 ]} كان المدار المستهدف للدورة الثالثة حول الأرض عند نقطة حضيض تبلغ 200 كيلومتر (120 ميلًا) ، ونقطة أوج تبلغ 278,000 كيلومتر (173,000 ميل) ، وميل مداري قدره 37.65 درجة. تبلغ زاوية الحضيض المخطط لها 155 درجة، بينما تبلغ طاقتها المميزة ، C3، -2.75 كيلومتر ^مربع /ثانية ^مربعة . ^{[ 3 ]} تم اختيار هذا المسار المبتكر باستخدام حلقات التزامن المداري لأربعة أسباب رئيسية: ^{[ 40 ]}    

• لم يكن لدى مركبة الإطلاق مينوتور 5 دلتا-في كافية لوضع مركبة LADEE التي تزن 383 كجم (844 رطلاً) مباشرة في عملية حقن عابرة للقمر .  
• للتعامل مع احتمالية حدوث تشتتات إطلاق غير اسمية من صاروخ مينوتور الخامس - وهو عبارة عن مجموعة من خمس مراحل صاروخية صلبة ، ولا يعتبر صاروخًا دقيقًا بشكل خاص - بطريقة فعالة من حيث استخدام الوقود مع ترك شكل المدار مرنًا للتشتتات الكبيرة في مدار الحقن الأولي.
• لتوسيع نافذة الإطلاق إلى خمسة أيام. في الواقع، لم تكن LADEE بحاجة إلى ذلك لأن الإطلاق تم في بداية النافذة في اليوم الأول.
• لزيادة متانة المهمة في مواجهة أي مناورات مدارية شاذة أو مفقودة مع المركبة الفضائية.

دخلت المركبة الفضائية LADEE مدارًا حول القمر في 6 أكتوبر 2013، حيث وُضعت في مدار بيضاوي الشكل لمدة 24 ساعة. ^{[ 41 ]} وفي 9 أكتوبر 2013، خُفِّضت المركبة إلى مدار مدته أربع ساعات. ^{[ 42 ]} وفي 12 أكتوبر، أُجريت عملية احتراق أخرى لخفض مدار LADEE إلى مدار دائري حول القمر على ارتفاع 250 كيلومترًا تقريبًا (160 ميلًا) خلال مرحلة التشغيل التجريبي التي استمرت حوالي 30 يومًا. ^{[ 43 ]} وبعد خفض المدار إلى ارتفاع 75 كيلومترًا (47 ميلًا) ، جرى فحص أنظمة LADEE وأجهزتها . ^{[ 3 ]}   

أجرى نظام الليزر النبضي التجريبي للاتصالات الليزرية القمرية (LLCD) التابع لمشروع LADEE اختبارًا ناجحًا في 18 أكتوبر 2013، حيث تم نقل البيانات بين المركبة الفضائية ومحطتها الأرضية على مسافة 385,000 كيلومتر (239,000 ميل) . وسجل هذا الاختبار رقمًا قياسيًا في سرعة نقل البيانات الهابطة من المركبة الفضائية إلى الأرض بلغ 622 ميغابت في الثانية، وسرعة تحميل بيانات خالية من الأخطاء بلغت 20 ميغابت في الثانية من المحطة الأرضية إلى المركبة الفضائية. ^{[ 44 ]} وقد أُجريت الاختبارات على مدار 30 يومًا. ^{[ 45 ]} 

نظام LLCD هو نظام اتصالات ضوئية في الفضاء الحر . وهو أول محاولة لوكالة ناسا للاتصالات الفضائية ثنائية الاتجاه باستخدام الليزر الضوئي بدلاً من الموجات الراديوية . ومن المتوقع أن يؤدي هذا النظام إلى تشغيل أنظمة ليزرية على أقمار ناسا الصناعية المستقبلية.

لأغراض العمليات العلمية، وُضِعَ القمر الصناعي LADEE في مدارٍ ذي نقطة حضيض تبلغ 20 كيلومترًا (12 ميلًا) ونقطة حضيض تبلغ 60 كيلومترًا (37 ميلًا) . ^{[ 1 ]} خُطِّطَت المرحلة العلمية من مهمة LADEE الأساسية في البداية لمدة 100 يوم، ^{[ 3 ]} ثم مُدِّدَت لاحقًا لمدة 28 يومًا. أتاح هذا التمديد للقمر الصناعي فرصة جمع بياناتٍ على ارتفاعاتٍ منخفضةٍ جدًا تُعادل دورةً قمريةً كاملةً إضافية، وذلك لمساعدة العلماء على فهم طبيعة الغلاف الخارجي الرقيق للقمر. ^{[ 46 ]}    

أصدر مُشغّلو المركبة الفضائية أمرًا بتشغيل المحرك النهائي في 11 أبريل 2014، لخفض المركبة LADEE إلى مسافة كيلومترين ( ميل واحد) من سطح القمر، وتجهيزها للاصطدام في موعد أقصاه 21 أبريل. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 47 ]} ثم واجهت المركبة خسوف القمر في 15 أبريل 2014 ، حيث لم تتمكن من توليد الطاقة لوجودها في ظل الأرض لمدة أربع ساعات. ^{[ 48 ]} تم إيقاف تشغيل الأجهزة العلمية وتشغيل السخانات بشكل دوري خلال الحدث لترشيد استهلاك الطاقة والحفاظ على دفء المركبة. ^{[ 48 ]} لم يتوقع المهندسون أن تنجو المركبة LADEE، لأنها لم تُصمم للتعامل مع مثل هذه الظروف، لكنها خرجت من الخسوف بأعطال طفيفة في مستشعرات الضغط فقط. ^{[ 9 ]}  

خلال مدارها قبل الأخير في 17 أبريل، اقتربت مركبة LADEE من سطح القمر لمسافة 300 متر (1000 قدم) عند أقرب نقطة لها من مدار القمر. ^{[ 49 ]} انقطع الاتصال بالمركبة الفضائية حوالي الساعة 04:30 بالتوقيت العالمي المنسق في 18 أبريل عندما أصبحت خلف القمر. ^{[ 8 ] [ 50 ]} اصطدمت LADEE بسطح الجانب البعيد من القمر في وقت ما بين الساعة 04:30 و05:22 بسرعة 5800 كم/ساعة (3600 ميل/ساعة) . ^{[ 9 ] [ 49 ]} تم اختيار الجانب البعيد من القمر لتجنب احتمال إلحاق الضرر بمواقع ذات أهمية تاريخية مثل مواقع هبوط مركبات لونا وأبولو . ^{[ 8 ]} استخدمت ناسا مركبة استطلاع القمر المدارية لتصوير موقع الاصطدام، والذي تم تحديده بالقرب من الحافة الشرقية لفوهة ساندمن 5. ^{[ 10 ] [ 47 ] [ 49 ]}    

ليدي - فوهة نيزكية ^{[ 10 ]}

قبل الاصطدام

بعد الاصطدام

صور متراكبة

فوهة ساندمن الخامسة (الحافة الشرقية) ؛ 18 أبريل 2014

تُعدّ LADEE أول مركبة فضائية صُممت وجُمعت وبُنيت واُختُبرت من قِبل مركز أبحاث أميس التابع لناسا . ^{[ 51 ]} تتميز المركبة بتصميم مبتكر ( هيكل مركبة فضائية لم يُطلق من قبل) وتكلفة أقل بكثير من تكلفة مهمات ناسا العلمية المعتادة، مما شكّل تحديات جديدة لفريق تصميم المسار لإطلاق المركبة الجديدة إلى القمر بخطة مسار رحلة فضائية عالية الموثوقية، مع التعامل في الوقت نفسه مع صاروخ جديد يُستخدم لأول مرة (مينوتور 5) ومركبة فضائية ليس لها سجل اختبارات طيران سابق . (انظر عبور القمر ، أعلاه). ^{[ 51 ]}

تعتمد مهمة LADEE على هيكل المركبة الفضائية المعياري المشترك ، المصنوع من مركب كربوني خفيف الوزن، بكتلة 248.2 كجم (547 رطلاً) بدون وقود . يتميز هذا الهيكل بقدرته على أداء مهام متنوعة، بما في ذلك الرحلات إلى القمر والأجسام القريبة من الأرض، وذلك باستخدام وحدات أو أنظمة مختلفة. يُعد هذا المفهوم المعياري طريقة مبتكرة للانتقال من التصاميم المخصصة إلى التصاميم متعددة الاستخدامات والإنتاج على خطوط التجميع، مما قد يُخفض تكلفة تطوير المركبات الفضائية بشكل كبير. ^{[ 52 ]} تتكون وحدات هيكل مركبة LADEE الفضائية من وحدة المبرد التي تحمل إلكترونيات الطيران والنظام الكهربائي وأجهزة استشعار الوضع؛ ووحدة الهيكل؛ ووحدة الحمولة التي تحمل أكبر جهازين؛ ووحدات التمديد التي تضم نظام الدفع. ^{[ 1 ]}  

تحديد

يبلغ ارتفاع الهيكل الرئيسي 2.37 متر (7.8 قدم) ، وعرضه 1.85 متر (6.1 قدم) ، وعمقه 1.85 متر (6.1 قدم) . وتبلغ الكتلة الإجمالية للمركبة الفضائية 383 كيلوغرامًا (844 رطلًا) . ^{[ 1 ]}        

تم توليد الطاقة الكهربائية بواسطة نظام كهروضوئي يتكون من 30 لوحة من الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون، تنتج 295 واط عند وحدة فلكية واحدة . تم تركيب الألواح الشمسية على الأسطح الخارجية للقمر الصناعي، وتم تخزين الطاقة الكهربائية في بطارية ليثيوم أيون واحدة توفر ما يصل إلى 24 أمبير/ ساعة من طاقة 28 فولت . ^{[ 1 ]}

يتألف نظام دفع المركبة الفضائية LADEE من نظام تحكم مداري (OCS) ونظام تحكم تفاعلي (RCS). يوفر نظام التحكم المداري التحكم في السرعة على طول المحور +Z لإجراء تعديلات كبيرة على السرعة. أما نظام التحكم التفاعلي، فيوفر التحكم في وضعية المركبة على ثلاثة محاور أثناء احتراق نظام التحكم المداري، كما يوفر أيضًا تفريغًا للزخم لعجلات التفاعل التي كانت تمثل نظام التحكم الأساسي في الوضعية بين عمليات احتراق نظام التحكم المداري. ^{[ 33 ]}

كان المحرك الرئيسي عبارة عن دافع عالي الأداء عند نقطة الأوج (HiPAT) بقوة 455 نيوتن . أما دافعات التحكم في الوضع عالية الكفاءة بقوة 22 نيوتن، فهي مصنوعة من مواد تتحمل درجات الحرارة العالية، وتُشبه دافعات HiPAT. وقد وفر المحرك الرئيسي معظم قوة الدفع اللازمة لمناورات تصحيح مسار المركبة الفضائية. بينما استُخدمت دافعات نظام التحكم في المناورات الصغيرة المُخطط لها خلال المرحلة العلمية من المهمة. ^{[ 1 ]}

بعد المرحلة العلمية، حدثت فترة إيقاف التشغيل، تم خلالها خفض الارتفاع تدريجياً حتى اصطدمت المركبة الفضائية بسطح القمر. ^{[ 1 ]}

حملت مركبة LADEE ثلاثة أجهزة علمية وحمولة لعرض التكنولوجيا.

تتكون الحمولة العلمية من: ^{[ 53 ]}

• مطياف الكتلة المحايد (NMS)، الذي أجرى قياسات في الموقع للذرات والجزيئات الخارجية للغلاف الجوي عبر مطياف الكتلة . استندت أجزاء من NMS إلى جهاز SAM الموجود في مختبر علوم المريخ .
• جهاز مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UVS)، الذي قاس كلاً من الغبار والغلاف الخارجي باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية . وقد استند هذا الجهاز إلى مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية الموجود في مهمة LCROSS .
• تجربة قياس الغبار القمري (LDEX)، التي تقيس الغبار مباشرةً باستخدام كاشف تأين تصادمي. يعمل هذا الكاشف عن طريق قياس تأين الجسيمات التي تصطدم به. ^{[ 54 ]} بُني الجهاز على الخبرة المكتسبة من أجهزة مماثلة على متن مركبات غاليليو ، ويوليسيس ، وكاسيني .

حملت مركبة LADEE أيضًا حمولة تجريبية لاختبار نظام اتصالات ضوئية . استخدم نظام الاتصالات الليزرية القمرية التجريبي (LLCD) الليزر لنقل واستقبال البيانات على شكل نبضات ضوئية، بنفس طريقة نقل البيانات عبر كابل الألياف الضوئية . استُخدمت ثلاث محطات أرضية. يُمكن لهذا الأسلوب من الاتصالات أن يُوفر معدلات بيانات أعلى بخمس مرات من نظام الاتصالات الراديوية السابق. ^{[ 32 ] [ 55 ]} تُعد هذه التقنية سلفًا مباشرًا لنظام ناسا التجريبي لترحيل الاتصالات الليزرية (LCRD) الذي كان من المقرر إطلاقه في عام 2017، ^{[ 56 ] [ 57 ]} والذي أُطلق فعليًا في عام 2021. ^{[ 58 ]}

• 
  ليدي مع أدوات تحمل علامات
• 
  NMS
• 
  الأشعة فوق البنفسجية
• 
  LDEX