Gravímetro de travesía lunar

El gravímetro de travesía lunar fue un experimento científico lunar que los astronautas desplegaron en la superficie lunar en 1972 como parte del Apolo 17. El objetivo del experimento era utilizar mediciones de gravedad relativa para inferir atributos potenciales sobre los sustratos geológicos cerca del lugar de aterrizaje del Apolo 17.

El concepto del experimento era tomar una tecnología y una metodología probadas en forma de estudios de gravedad marina y diseñar un instrumento que pudiera ser operado de manera móvil por un astronauta en la superficie de la Luna. La inspiración directa para este instrumento fue el gravímetro de superficie de barco con cuerda vibrante del MIT. Este dispositivo se derivó de acelerómetros excedentes, originalmente fabricados por Bosch , que estaban en uso operativo en el misil balístico intercontinental SM-65 Atlas . ^{[1] [2]}

Este tipo de acelerómetro era un acelerómetro pendular , en el que los cambios en la gravedad dan como resultado cambios minúsculos en la tensión de una cuerda vibrante suspendida. Estos cambios en la tensión de la cuerda dan como resultado un cambio en la resonancia armónica de la cuerda, que se puede medir a través de un voltaje inducido cuando la cuerda pasa a través de un campo magnético permanente. ^[1]

Los acelerómetros de guía inercial, como los de los misiles balísticos intercontinentales, eran particularmente adecuados para el propósito de un gravímetro transversal operado por astronautas debido a tres atributos principales: un amplio rango de sensibilidad, tamaño y peso comparativamente pequeños y la capacidad de calibrar el instrumento en condiciones de baja aceleración. ^[3]

Construido por Draper Laboratory , el instrumento pesaba aproximadamente 25 libras y medía alrededor de 20 pulgadas de alto y 11 pulgadas de ancho. ^[4] La energía al instrumento era proporcionada por una batería interna de 7,5 voltios capaz de producir hasta 340 vatios hora durante un período de 15 días. ^[5]

El sensor principal utilizado en el instrumento fue el acelerómetro de cuerda vibrante Bosch Arma D4E. El sensor combinaba dos cuerdas, orientadas en direcciones opuestas y conectadas entre sí. Esto era beneficioso ya que las dos cuerdas y los puntos de medición que actuaban en direcciones opuestas contrarrestarían cualquier fuerza centrípeta o tensional inducida por los campos magnéticos permanentes de los sensores. ^[3] La integración del sensor y la construcción de la carcasa y el montaje del instrumento fueron realizados por el Laboratorio Draper en el Instituto Tecnológico de Massachusetts . ^[6] Para proporcionar nivelación, el sensor se montó en un marco que se encontraba en un cardán de dos ejes. ^[2] Los sensores dirigirían los motores que nivelarían el cardán en una orientación adecuada. ^[7]

El acelerómetro de cuerda vibrante era extremadamente sensible a los cambios de temperatura, por lo que el instrumento tenía una serie de mecanismos de control térmico. El sensor estaba alojado en dos hornos anidados que trabajaban juntos para garantizar activamente que el sensor se mantuviera a una temperatura de 322 Kelvin con una precisión de 0,01 Kelvin. ^[7] El dispositivo estaba envuelto en una manta térmica para proporcionar aislamiento. ^[7] El dispositivo también estaba equipado con un radiador que podía abrirse y cerrarse dependiendo de si el dispositivo estaba en uso o no. ^[7]

Las mediciones con el gravímetro lunar se realizaron en dos tipos de despliegue: donde el gravímetro se montó en la parte posterior del vehículo lunar y donde el gravímetro se colocó en la superficie lunar. ^[7] El instrumento debía operarse dentro de los 15 grados de la vertical para facilitar la nivelación del sensor. La medición con el dispositivo tomó aproximadamente tres minutos, durante los cuales el experimento no pudo ser alterado. ^[7] Las mediciones tomadas en la Luna se compararían con las lecturas tomadas en la Tierra para llegar a una medida relativa de la gravedad de la Luna. ^[7]

Un asa en la parte superior del instrumento facilitaba su transporte manual y tres pies en la parte inferior del dispositivo permitían colocarlo directamente sobre el regolito de la Luna. ^[7] Para regular la temperatura del dispositivo, cuando no se utilizaba en la superficie lunar, el dispositivo se colocaba a la sombra con el radiador abierto, rechazando así el calor al espacio. ^[7] El instrumento era capaz de proporcionar una lectura de la gravedad medida en dos minutos. ^[4]

El instrumento recopiló 26 lecturas en total durante la misión Apolo 17. Se tomaron tres lecturas del instrumento para establecer el estado térmico del instrumento, una al comienzo de cada EVA sin que se recogieran lecturas de gravedad. Se tomaron mediciones en dos estados posicionales diferentes para ayudar a otras mediciones "normales". Esto incluyó la medición con el instrumento al revés y tanto dentro como fuera del vehículo lunar. ^[7] Se tomaron 6 mediciones en el lugar de aterrizaje del módulo lunar y 11 mediciones se tomaron en una variedad de lugares durante las 3 EVA de la misión. También se tomaron mediciones repetidas en dos lugares con el instrumento fuera del vehículo lunar. ^[7] La ​​medición número 25 puede haberse interrumpido debido a que una paleta se abrió y causó problemas con el instrumento. ^[7]

El experimento determinó que el lugar de aterrizaje del módulo lunar tenía un valor de gravedad de 162694,6 ± 5 mgal. Los bordes del valle próximos al lugar de aterrizaje tenían valores de gravedad alrededor de 25 mgal más bajos que el lugar de aterrizaje. Estos resultados se interpretaron como una capa de basalto volcánico de 1 km de espesor que llenaba el valle. Se estimó que este basalto tenía una densidad 0,8 g/cm3 ^mayor que las paredes del valle circundante. ^[7] Se descubrió que el instrumento era particularmente sensible a los impactos cuando se lo retiraba del vehículo lunar y se lo colocaba sobre la superficie lunar. ^[6] Estos producirían cambios notables en las lecturas que proporcionaría el instrumento y el efecto sería acumulativo. ^[6]