مقياس الجاذبية العابر للقمر

كان مقياس الجاذبية القمري تجربة علمية قمرية ، تم نشرها بواسطة رواد الفضاء على سطح القمر في عام 1972 كجزء من مهمة أبولو 17. وكان الهدف من التجربة هو استخدام قياسات الجاذبية النسبية لاستنتاج السمات المحتملة للطبقات الجيولوجية بالقرب من موقع هبوط أبولو 17.

كان الهدف من التجربة هو الاستفادة من تقنية ومنهجية مثبتة، تتمثل في مسوحات الجاذبية البحرية، وتصميم جهاز يمكن تشغيله بشكل متنقل من قبل رائد فضاء على سطح القمر. وقد استُلهم هذا الجهاز مباشرةً من مقياس الجاذبية السطحي للسفينة ذي الوتر المهتز التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. هذا الجهاز بدوره مُشتق من مقاييس تسارع فائضة، صُنعت في الأصل من قبل شركة بوش ، وكانت قيد الاستخدام العملياتي على متن صاروخ SM-65 أطلس الباليستي العابر للقارات. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

كان هذا النوع من مقاييس التسارع مقياس تسارع بندولي ، حيث تؤدي التغيرات في الجاذبية إلى تغيرات طفيفة في شد وتر مهتز معلق. وتؤدي هذه التغيرات في شد الوتر إلى تغيير في رنينه التوافقي، والذي يمكن قياسه عن طريق الجهد المستحث عند مرور الوتر عبر مجال مغناطيسي دائم. ^{[ 1 ]}

كانت مقاييس التسارع الموجهة بالقصور الذاتي، مثل تلك الموجودة في الصواريخ الباليستية العابرة للقارات، مناسبة بشكل خاص لغرض مقياس الجاذبية العابر الذي يشغله رائد الفضاء، وذلك لثلاث سمات رئيسية: نطاق حساسية واسع، وحجم ووزن صغيرين نسبياً، والقدرة على معايرة الجهاز في ظل ظروف تسارع منخفضة. ^{[ 3 ]}

صُمم الجهاز في مختبر دريبر ، وكان يزن حوالي 25 رطلاً، ويبلغ ارتفاعه حوالي 20 بوصة وعرضه 11 بوصة. ^{[ 4 ]} وكان الجهاز يُزود بالطاقة بواسطة بطارية داخلية 7.5 فولت قادرة على إنتاج ما يصل إلى 340 واط ساعة على مدى 15 يومًا. ^{[ 5 ]}

كان المستشعر الرئيسي المستخدم في الجهاز هو مقياس التسارع Bosch Arma D4E ذو الوتر المهتز. يجمع هذا المستشعر بين وترين، موجهين في اتجاهين متعاكسين ومتصلين ببعضهما. كان هذا مفيدًا لأن الوترين ونقاط القياس، عند عملهما في اتجاهين متعاكسين، تُعاكس أي قوى مركزية أو شد ناتجة عن المجالات المغناطيسية الدائمة للمستشعر. ^{[ 3 ]} تولى مختبر دريبر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دمج المستشعر وتصنيع غلاف الجهاز وتركيبه . ^{[ 6 ]} ولتوفير التسوية، تم تركيب المستشعر على إطار داخل محور دوار ثنائي المحاور. ^{[ 2 ]} تقوم المستشعرات بتوجيه المحركات التي بدورها تُسوّي المحور الدوار في الوضع الصحيح. ^{[ 7 ]}

كان مقياس التسارع ذو الخيط المهتز شديد الحساسية لتغيرات درجة الحرارة، ولذلك زُوّد الجهاز بعدة آليات للتحكم الحراري. وُضع المستشعر داخل فرنَين متداخلَين، يعملان معًا لضمان الحفاظ على درجة حرارة المستشعر عند 322 كلفن بدقة 0.01 كلفن. ^{[ 7 ]} لُفّ الجهاز بغطاء حراري لتوفير العزل. ^{[ 7 ]} كما زُوّد الجهاز بمشعّ حراري يُمكن فتحه وإغلاقه حسب الحاجة. ^{[ 7 ]}

أُجريت القياسات باستخدام مقياس الجاذبية القمري في نوعين من النشر: حيث تم تركيب مقياس الجاذبية على ظهر المركبة القمرية الجوالة ، وحيث تم وضعه على سطح القمر. ^{[ 7 ]} كان من الضروري تشغيل الجهاز بزاوية لا تتجاوز 15 درجة عن الوضع الرأسي لتسهيل ضبط مستوى المستشعر. استغرقت عملية القياس بالجهاز حوالي ثلاث دقائق، لم يُسمح خلالها بأي تدخل في التجربة. ^{[ 7 ]} ستُقارن القياسات التي أُجريت على القمر بالقراءات التي أُجريت على الأرض للوصول إلى قياس نسبي لجاذبية القمر. ^{[ 7 ]}

يُسهّل المقبض الموجود أعلى الجهاز حمله يدويًا، بينما تسمح ثلاث قواعد في أسفله بوضعه مباشرةً على سطح القمر. ^{[ 7 ]} ولضبط درجة حرارة الجهاز، يُوضع في الظل مع ترك فتحة المدفأة مفتوحة عند عدم استخدامه على سطح القمر، ليُطلق الحرارة في الفضاء. ^{[ 7 ]} وكان الجهاز قادرًا على عرض قراءة الجاذبية المقاسة خلال دقيقتين. ^{[ 4 ]}

جمع الجهاز 26 قراءة إجمالاً خلال مهمة أبولو 17. أُجريت ثلاث قراءات لتحديد الحالة الحرارية للجهاز، مرة في بداية كل عملية سير في الفضاء (EVA) دون تسجيل أي قراءات للجاذبية. أُجريت القياسات في وضعيتين مختلفتين للمساعدة في ضبط القياسات الأخرى. شمل ذلك القياس والجهاز مقلوبًا، سواءً على المركبة القمرية أو خارجها. ^{[ 7 ]} أُجريت 6 قياسات في موقع هبوط المركبة القمرية، بالإضافة إلى 11 قياسًا في مواقع مختلفة خلال عمليات السير الثلاث في الفضاء (EVA) للمهمة. كما أُجريت قياسات متكررة في موقعين والجهاز خارج المركبة القمرية. ^{[ 7 ]} قد يكون القياس الخامس والعشرون قد تعطل بسبب تأرجح منصة نقالة مما تسبب في مشاكل للجهاز. ^{[ 7 ]}