 エクスプローラー7号衛星 | |
| 名称 | NASA S-1A |
|---|---|
| ミッションの種類 | 地球科学 |
| オペレーター | NASA |
| ハーバード指定 | 1959 イオタ1 |
| COSPAR ID | 1959-009A |
| SATCAT番号 | 00022 |
| ミッション期間 | 1年10ヶ月10日（達成）66年3ヶ月18日（軌道上） |
| 宇宙船の特性 | |
| 宇宙船 | エクスプローラー7号 |
| 宇宙船の種類 | サイエンスエクスプローラー |
| バス | S-1A |
| メーカー | ジェット推進研究所 |
| 打ち上げ質量 | 41.5kg (91ポンド) |
| 寸法 | 76×76cm (30×30インチ) |
| ミッション開始 | |
| 打ち上げ日 | 1959年10月13日 15時30分04秒（グリニッジ標準時）[ 1 ] |
| ロケット | ジュノーII（AM-19A） |
| 発射場 | ケープカナベラル、LC-5 |
| 請負業者 | 陸軍弾道ミサイル局 |
| 就役 | 1960年10月13日 |
| ミッション終了 | |
| 最後の交信 | 1961年8月24日 |
| 軌道パラメータ | |
| 参照系 | 地心軌道[ 2 ] |
| 体制 | 低地球軌道 |
| 近地点高度 | 573km (356マイル) |
| 遠地点高度 | 1,073 km (667 マイル) |
| 傾斜 | 50.27° |
| 周期 | 101.38分 |
| 観測機器 | |
| 地上設置型 電離層重一次宇宙線微小隕石太陽X線およびライマンアルファ線熱放射捕捉放射線および太陽陽子 | |
エクスプローラー計画 | |
1959年10月13日に打ち上げられたエクスプローラー7号は、国際地球観測年（ IGEY）に使用するために開発された最後の衛星でした。以前の衛星よりもはるかに重く、広範な実験装置を搭載し、軌道上で1年半の運用期間中に地球と軌道環境を調査しました。エクスプローラー7号の最も重要な成果は、地球の放射収支（惑星の加熱と冷却の速度）の継続的なマップの作成であり、これにより（気象衛星タイロス1号と共に）軌道からの気候研究が始まりました。エクスプローラー7号はまた、宇宙線、地球の電離層、そして地球を取り囲むヴァン・アレン帯に関する豊富な情報も返しました。この衛星はX線と紫外線の波長で太陽を調査することになっていたものの、センサーは放射線で飽和し、有用なデータは返されませんでした
ジュノー2号ロケットによって573×1,073km（356×667マイル）の低地球軌道に打ち上げられたエクスプローラー7号は、1961年に通信を停止したが、2025年現在も地球を周回している。
背景
1958年1月から2月にかけてアメリカ初の人工衛星エクスプローラー1号が成功したことで、その直後（1958年3月）、より大型の第二世代のアメリカ製衛星の計画が始まった。エクスプローラー計画とそれを打ち上げたジュノー1号ロケットを管理するジェット推進研究所（JPL）と陸軍弾道ミサイル局（ABMA）は、上段はエクスプローラー1号と同じだが、第一段に小型のレッドストーンではなくジュピターミサイルを使用する、より大型のジュノー2号ロケットの使用を構想していた。この衛星は当初、国際地球観測年（IGY）大型ペイロードと呼ばれていた。 [ 3 ] : 411
多数の実験装置を搭載できるこのような先進的な衛星は、エクスプローラー1号と3号によって発見されたヴァン・アレン帯についてより深く知る機会をもたらしただけでなく、X線や紫外線など、地上観測では地球の大気によって遮られる光の波長で太陽を観測するという前例のない機会ももたらした。これまでも弾道探査ロケットによる短時間の観測は行われてきたが、太陽放射は予測不可能で急激に変動するため、長期にわたる継続的な研究が望ましい。軌道上の衛星は、このような観測を行うことができる。[ 4 ]
NASA設立以前は、この衛星の主な支援は米国科学アカデミーによって提供されていました。当初は1958年半ばの打ち上げが予定されていましたが、ABMAとJPLがエクスプローラー4号、エクスプローラー5号、パイオニア3号、パイオニア4号に集中したため、このスケジュールは延期されました。アイオワ州立大学（SUI）は、ジェームズ・ヴァン・アレン率いる科学チームがエクスプローラー1号にガイガーカウンターを提供していましたが、以前のエクスプローラー衛星の機器開発とデータの処理にも取り組んでいました。[ 3 ] : 411
JPLの大型衛星の最初の1機（現在NASAではS-1と呼ばれている）が打ち上げ準備を整えたのは、1959年7月16日になってからでした。しかし、残念ながらジュノー2号ロケットの誘導システムの電源が打ち上げ時に故障し、5.5秒後、射場安全管理官は発射台からわずか離れたところで、ほぼ満タンのロケットを爆発させました。この大火災は消防士によって鎮圧され、科学技術チームは防護ブロックハウスに閉じ込められました。しかし、3ヶ月後、複製衛星の打ち上げ準備が整いました。[ 3 ] : 412
衛星の説明
エクスプローラー7号（前身のS-1号と同様に）は、2つの円錐台形のグラスファイバー製シェルを円筒形のアルミニウム製中央部で接合したもので、赤道部で幅76cm（30インチ）、高さ約76cm（30インチ）でした。ペイロードの質量は約41.5kg（91ポンド）でした。スピン安定化されたこの宇宙船は、上部シェルと下部シェルの両方に搭載された約3000個の太陽電池によって電力を供給されました。適切なスピン速度を維持するために、外皮近くの赤道部に配置された15個の充電式ニッケルカドミウム電池によって追加の電力が供給されました。[ 5 ]
2本の交差ダイポール (1 W、20 MHz ) テレメトリアンテナが中央セクションから外側に突き出ており、108 MHz アンテナが下側シェルの底部に取り付けられていた。[ 5 ]通信と追跡は、2か月間動作するように設計された15 mW の 108 MHz送信機と、基本周波数 19.9915 MHz で動作する全トランジスタ ビーコン テレメトリ送信機によって提供された。この送信機は太陽電池と充電式ニッケル カドミウム バッテリーで動作し、基本周波数で 660 mW の電力を供給した。また、第 2 高調波および第 3 高調波 (各 15 mW) を 39.9830 MHz と 59.9745 MHz で放射した。[ 5 ]エクスプローラー 7 号がワシントン DCとイリノイ州シカゴのビーコン受信機の上を通過した際に、放送信号への影響を分析することで地球の電離層の測定が可能になった。[ 6 ]このビーコン送信機は、太陽光発電衛星が無期限に運用可能であるため、軌道上で運用する衛星が多すぎると一般的に使用されている20MHzの周波数帯が混雑する恐れがあったため、1年で停止するように設計されました。この目的のため、ABMAは10億分の1馬力のバッテリーで駆動するブローバ製タイマーを搭載しました。 [ 7 ]
実験
ビーコン電離層実験の他に、エクスプローラー 7 号には、いくつかの商業機関や教育機関から提供された多数の科学パッケージが搭載されていました。
放射と熱バランスの実験
ウィスコンシン大学のチーム、ヴェルナー・E・スオミ博士とロバート・ペアレント[ 3 ] ： 411は、 地球の放射収支（地球とその大気によって吸収、反射、放出される太陽エネルギーの量）を測定するために設計されたエクスプローラー7号の熱放射実験を作成し、地球大気システムの駆動力についての理解を深めました。[ 8 ]
主な計測機器は、銀色の中空半球形のボロメータ5台で構成され、特殊アルミニウムコーティングされた鏡から熱的に絶縁されているが、鏡に近接していた。そのため、半球は宇宙空間で孤立した球体と非常によく似た挙動を示した。半球のうち2つは黒色コーティングされており、太陽光と地表放射にほぼ同等に反応した。白色コーティングされた3つ目の半球は、太陽光よりも地表放射に敏感であった。金色の金属表面を持つ4つ目の半球は、地表放射よりも太陽光に敏感であった。直射日光から保護された5つ目の半球は、反射太陽光を測定するために使用された。各半球の上部には、温度を測定するためにガラスコーティングされたビーズサーミスタが取り付けられていた。4つの温度観測と1つの参照サンプルの完全なセットには30秒を要した。したがって、各軌道で約180回の温度測定値を取得することができた。[ 8 ]
捕捉された放射線と太陽陽子
ジェームズ・ヴァン・アレン率いるアイオワ州立大学 (SUI) の宇宙線研究チームは、軌道上での宇宙線研究を継続するためのパッケージを作成するよう指名されたが、エクスプローラー 1、3、4 号によるヴァン・アレン帯の発見により、その優先度は高まった。[ 3 ] : 411 衛星の上部に取り付けられた2 台の全方向性ガイガーカウンタ(アントン 302 および 112) [ 5 ]を使用して、総宇宙線強度、地磁気に捕捉された粒子線、太陽陽子の包括的な空間的および時間的モニタリングが行われた。検出器は陽子 (E >20 MeV) と電子 (E >30 keV) に感度があった。[ 9 ]ジョージ・H・ルドウィグが主任設計者で、ビル・ウェルプリーが補佐し、大学院生のジョン・W・フリーマンがカウンタの校正を担当した。ブライアン・オブライアンは1959年8月に助教授としてチームに加わり、データ分析を支援した。テレメトリは108.00MHzと19.994MHzの2つの周波数で放送された。低い周波数と0.6ワットという比較的高い出力は、アマチュア無線愛好家がデータ収集に協力しやすいようにするためであった。[ 3 ] : 413
重一次宇宙線
メリーランド州ボルチモアにあるグレン・L・マーティン社高等研究所のゲルハルト・グロッツィンガーのチームは、 1 ～15.5 GVの剛性率（運動量÷電荷）範囲で、あらゆる方向からの重一次宇宙線のフラックスを測定する重宇宙線実験装置[ 3 ] : 411 を開発した。原子番号Z>5、Z>8、Z>15の粒子が電離箱で個別に計数され、各粒子が衝突するとパルスが生成された。パルスの振幅は入射粒子のエネルギーとは実質的に無関係であったが、Z値の2乗に比例した。3つの計数率はそれぞれ15秒ごとに測定された。[ 10 ]
太陽X線とライマンアルファ線
ハーバート・フリードマンとタルボット・チャブ率いる海軍研究所チーム[ 11 ]は、太陽X線およびライマンアルファ放射線の実験を行った[ 3 ] : 411。 この実験では、衛星の二重円錐構成の上部の両側にガス電離箱が取り付けられていた。太陽X線およびライマンアルファ線のフラックスの長期履歴を取得し、これを地球の大気の反応と相関させるため、強度がモニタリングされた。2つのX線検出器 (深さ2.5cm (0.98インチ)) にはアルゴンガスが充填され、ベリリウム製の窓 (0.021 g/平方cm) が付いており、2～8Åの範囲のX線に感度があった。反対側のライマンアルファ検出器は、一酸化窒素ガスが充填された円形の電離箱 (直径1.9cm (0.75インチ)) で、フッ化リチウム製の窓が付いていた。感度は1050～1350Åの範囲であった。[ 12 ]
微小隕石
マーシャル宇宙飛行センターのエクスプローラー7号プロジェクトマネージャー、ハーマン・E・ラゴウ氏が、衛星の微小隕石検出器を後援しました。[ 11 ]衛星の赤道上にマグネシウム板に設置された3つの光伝導性硫化カドミウムセルが、衛星の自転軸に垂直に外側を向き、微小隕石の貫通と分子のスパッタリングを測定します。3つのセルは設計と有効面積（18平方ミリメートル）が同一でした。[ 13 ]
打ち上げと飛行
エクスプローラー7号の打ち上げは当初1959年9月下旬に予定されていたが、隣接する発射台で行われた木星のIRBM実験が打ち上げ直後に失敗し、飛来した破片がエクスプローラー7号の打ち上げ機に衝突して損傷したため、ミッションは2週間延期された。しかし、1959年10月13日15時31分（グリニッジ標準時）に、国際地球観測年（IGY）中に打ち上げられるために開発された最後の衛星であるエクスプローラー7号[ 14 ]は、 IGY終了から10か月後に大西洋ミサイル実験場から573×1,073km（356×667マイル）の軌道に打ち上げられ、運用を開始した[ 5 ]。
1960年6月16日、NASAは第2送信機の4つの周波数変調副搬送波のうち1つが不安定になり、7つの実験のうち3つで送信されていた情報が判読不能になったと発表した。追跡ビーコンは1959年12月5日に送信を停止した。[ 5 ]
搭載されていたブローバのシャットダウンタイマーは、意図された通り1年間の飛行後も作動せず、タイマーの寿命が9000時間に達したときにもエクスプローラー7号の電源は切れなかった。[ 11 ]その代わりに、残りの実験に関する有用なリアルタイムデータは、打ち上げから1961年2月まで、そして1961年8月24日まで断続的に送信された。[ 5 ] 1960年9月までに、エクスプローラー7号の軌道は554 × 1,083 km (344 × 673 mi)、傾斜角50.3°、周期101.2分に変化した。[ 5 ]
2025年現在、エクスプローラー7号はまだ軌道上にあり、その軌道を追跡することができます。[ 15 ]
科学的成果
熱バランス
ウィスコンシン大学の熱バランス計は完璧に機能し、[ 3 ] : 413 、打ち上げから1961年2月28日まで使用可能なデータが得られました。[ 8 ]この計器は「地球が反射する太陽放射と地球が放射する赤外線」の最初の大まかな地図を作成しました。 [ 16 ]その後7年間で、科学者たちはエクスプローラー7号で行われた数十万件の測定値（1か月で最大432,000件）からさらなる結論を導き出しました。データ保存ユニットがないため、結果は地球地図として一度に送信されるのではなく、断片的に送信されたため、分析はより困難になりました。そのため、結果は部分的に取り組まれました。まず、科学者たちは地球の放射損失を計算しました。[ 14 ]エクスプローラー7号のデータとタイロス気象衛星によって送信された画像を組み合わせることで、地球の熱損失は雲量に大きく依存していることが判明しました[ 11 ] 1965年末までに、地球が太陽放射から得る熱量に関する調査結果が発表され、気候科学者は地球の大気の加熱と冷却が地球の天候をどのように左右するかについて理解を深め始めました。[ 14 ]
スオミの実験のバージョンは、後にTIROS 3から始まるいくつかのTIROS衛星で飛行した。[ 17 ]
軌道上の放射線
SUI の捕捉放射線および太陽陽子実験は、1960 年 9 月と 10 月の短い期間を除いて、打ち上げから 3 月初旬まで順調に動作したが[ 9 ]、結果は期待外れに終わった。エクスプローラー 4 号は既にヴァン・アレン帯の下端の地図を作成しており、スプートニク 3 号とエクスプローラー 6 号はどちらもエクスプローラー 7 号よりも感度の高い機器を搭載していた。さらに、パイオニア 3 号とパイオニア 4 号の深宇宙ミッションやエクスプローラー 6 号の高距離軌道により、はるか遠くの宇宙からベルトのデータが返されていた。それにも関わらず、エクスプローラー 7 号は、実験の長期にわたる動作中の放射線フラックスの短期および長期の変動に関する大量のデータを返した[ 3 ] : 413 特筆すべきことに、1959 年 11 月 28 日、エクスプローラー 7 号はモンタナのオーロラ上空を通過し、ヴァン・アレン帯の外側が一時的に不安定になったことを示すデータを返した。これはオーロラがヴァン・アレン帯の外側から放出された粒子によって供給されているという理論を裏付けた。[ 11 ]
重一次宇宙線実験は、打ち上げから1959年10月25日まで計画通りに遂行された。1959年10月25日から1960年5月31日までの期間に取得されたデータの約80%は有用であり、ほとんどの問題は最も低いZ（原子番号）モードで発生した。1960年5月31日以降は有用なデータはほとんど取得されなかった。 [ 10 ]残念なことに、エクスプローラー7号が打ち上げられるまでに、実験パッケージの作成者であるグロッツィンガーは亡くなっていた。バートル研究所に所属していたマーティン・A・ポメランツが結果の責任を引き継ぎ、それに基づいていくつかの論文を発表した。[ 3 ] : 413 重要な発見には、検出された重粒子の発生源は太陽の擾乱であること、時間帯が重宇宙線のフラックスに影響を与えること、検出された粒子のエネルギーはカウントされた数に反比例することなどがあった。[ 11 ]
1960年3月31日、エクスプローラー7号のセンサーは、ヴァン・アレン帯の外側に激しい磁気嵐を伴う劇的な変化を記録しました。この変化は地上局とパイオニア5号によって同時に追跡されました。このデータは、磁気嵐は太陽フレアの際に太陽から放出される磁化されたプラズマ雲によって引き起こされるという理論を裏付けるのに役立ちました。[ 18 ]
太陽X線とライマンアルファ線
太陽X線とライマンアルファ放射線で収集されたデータは、ヴァン・アレン放射線（150 keV電子）による検出器回路の飽和（ヴァンガード3号でも発生[ 4 ] ）とフィードバック増幅器の電子的な問題の両方のために、入射太陽放射線の観点から解釈することは不可能でした。[ 12 ]太陽X線の測定が成功するには、NRLペイロードを搭載した翌年のSOLRAD 1まで待たなければなりませんでした。 [ 4 ]こちらは磁気シールドされていました。[ 11 ]
微小隕石
搭載された微小隕石実験装置は、38日間の稼働期間中、微小隕石、閉じ込められた放射線、スパッタリングといった宇宙環境にさらされました。3つのセルのうち1つは打ち上げ時に損傷し、もう1つはデータを返しませんでした。しかし、3つ目のセルは13日目に、直径約0.001インチ（0.025 mm）の粒子（微小隕石またはスパッタリングによるもの）によって貫通されました。[ 11 ]
電離層
エクスプローラー7号の電離層実験は16ヶ月間にわたってデータを提供しました。エクスプローラー7号と地上局間のビーコン信号特性の変化を解釈した結果、地球の電離層には水平方向5km（3.1マイル）から500km（310マイル）の不規則性が一日中存在することがわかりました。[ 6 ]
参照
参考文献
- ^ 「打ち上げログ」。ジョナサンの宇宙レポート。2021年7月21日。 2021年11月2日閲覧。
- ^ 「軌道：エクスプローラー7号（1959-009A）」 NASA、2021年10月28日。 2021年11月2日閲覧。
この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。 - ^ a b c d e f g h i j k George Ludwig (2011). Opening Space Research . Washington DC: geopress. OCLC 845256256 .
- ^ a b c「太陽物理学における重要な成果 1958–1964」NASA. 1966年. pp. 63– 64. OCLC 860060668 .
- ^ a b c d e f g h「ディスプレイ：エクスプローラー7号（1959-009A）」 NASA。2025年4月24日。 2025年10月25日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ a b「実験：地上型電離層」 NASA、2025年4月29日。 2025年10月21日閲覧。
- ^ 「Silencing Explorer」 . Aviation Week and Space Technology . McGraw Hill Publishing Company. 1960年10月10日. p. 30. 2025年10月19日閲覧。
- ^ a b c「実験：熱放射」 NASA、2021年10月28日。 2021年11月2日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ a b「実験：捕捉された放射線と太陽陽子」 NASA、2021年10月28日。 2021年11月2日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ a b「実験：重一次宇宙線」 NASA、2025年4月29日。 2025年10月21日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ a b c d e f g h「エクスプローラー7号、タイマーが無線を遮断できないにもかかわらず送信を継続」『Aviation Week and Space Technology』McGraw Hill Publishing Company、1960年10月24日、p. 29。2025年10月19日閲覧。
- ^ a b「実験：太陽X線とライマンアルファ放射線」 NASA、2021年10月28日。 2021年11月2日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ 「実験：微小隕石」 NASA、2021年10月28日。 2021年11月2日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ a b cコンスタンス・グリーンとミルトン・ロマスク（1970年）。ヴァンガード – 歴史ワシントンD.C.：アメリカ航空宇宙局。pp. 248– 249. ISBN 978-1-97353-209-5 OCLC 747307569 SP-4202
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