标题：美国月球陨坑观测和遥感卫星
任务介绍
1999年，美国宇航局的“月球勘探者”在月极附近永久处于背面的月球坑里发现了氢的痕迹。这些发现可能是月球水的一种迹象，在人类进一步探索低地球轨道的时候，它可能有着深远的意义。现在，“月球陨坑观测和遥感卫星”(LCROSS)任务的结果就将寻找这一最终的答案。
2006年4月，美国宇航局把“月球陨坑观测和遥感卫星”选为2009年要发射的低成本“快轨伴生”任务。“月球陨坑观测和遥感卫星”的主要任务是证实永久处于背面的月球陨坑是否可能存在水以及可能存在的水的形态。“月球陨坑观测和遥感卫星”将于2009年与“月球勘测轨道器”(LRO)一同从佛罗里达州卡纳维拉尔角搭乘“阿特拉斯5”号火箭发射升空。
  月球发射后“月球勘测轨道器”将与“月球陨坑观测和遥感卫星”分离，各自继续飞往月球。较小的“牧羊航天器”(shepherding)将留在“阿特拉斯5”号火箭的“半人马座”(Centaur)上面级，并把“半人马座”作为该任务的主撞击航天器，这是“半人马座”之前从未做过的事。
月球勘测轨道器
与“月球勘测轨道器”的距离足够大的时候，“牧羊航天器”和“半人马座”将执行“爆破”制动机动，释放“半人马座”内的剩余燃料，帮助预防撞击点的污染。5天后，“牧羊航天器”和“半人马座”将进行一次月球飞越，进入一个延长的地球轨道到达撞击月极的指定地点。该任务的延长轨道部分被认为需要4个月的时间。这一时间的准确长度取决于发射的准确时间，其目的是为了符合很多竞争任务限制，包括找到特定目标坑，撞击定时以获得撞击产生的碎片云的合适图像和保持在太空船推进限制时间内。
在最后接近月球的时候，“月球陨坑观测和遥感卫星”将和“半人马座”分离。“半人马座”将成为初级撞击器，撞击形成尘埃烟柱，一些较重的金属可到达月球表面6.2英里(10千米)的高度。4分钟后，“月球陨坑观测和遥感卫星”将穿越碎片云，收集并把数据传回地球，之后撞击月球表面，形成第二次尘埃烟柱。绕月卫星和地面上以及轨道上的望远镜将会观察到两次撞击以及产生的尘埃烟柱。两次撞击有望从地球上使用10到12英寸和更大的望远镜看到。多重来源收集到的数据将被用于为人类最后返月作准备。
月球陨坑观测和遥感卫星
“月球陨坑观测和遥感卫星”的科学载荷包括2个近红外线光度计、1个可见光分光光度计、2个中红外线照相机、2个近红外线照相机、1个可见光照相机以及1个可见光辐射计。“月球陨坑观测和遥感卫星”仪器有效载荷被设计为任务科学家提供“半人马座”撞击造成的尘埃烟柱的多重补足图像。随着尘埃烟柱在目标坑边缘上方升起，它就会暴露在阳光下，任何水冻冰、碳氢化合物或者有机物都会蒸发分解成为它们的基础成分。这些成分主要由可见光光度计和红外线光度计监测，近红外线照相机和中红外线照相机将决定尘埃烟柱中水的总量和分布状况。“月球陨坑观测和遥感卫星”的可见光照相机将跟踪这一撞击位置和尘埃烟柱的情况，而可见光光度计将测量“半人马座”撞击月球形成的闪光。
“月球陨坑观测和遥感卫星”是一项低成本快速反应任务，利用了美国宇航局已有的系统、商用现成部件和诺斯洛普·格鲁门航天技术公司在航天器设计研制方面的专长以及“月球勘探者”任务获得的经验。加州美国宇航局艾姆斯研究中心负责这项任务，执行任务操作，开发荷载工具。诺斯洛普·格鲁门公司负责为这一创新任务设计和建造“月球陨坑观测和遥感卫星”， 艾姆斯任务科学家负责数据收集和分析。[1]
撞月详解
为了在最大程度上产生羽状碎片，“半人马座”火箭和“牧羊航天器”撞击月球时需要拥有足够的速度以及较高的撞击角度。据工程师估计，“半人马座”和“牧羊航天器”将以每秒1.55英里的速度撞击月球表面，这一速度是点44马格南左轮手枪所发射子弹的5倍。
相当于月球表面的撞击角度大约为80度。为了达到这一高撞击角度，“牧羊航天器”和“半人马座”将在发射进入一条延长的LGALRO大约5天之后飞越月球，整个过程将历时4个月。LGALRO的实际长度取决于发射时间，科学家将对轨道长度进行计算，以确定是否满足一系列限制条件，其中包括能够顺利抵达目标陨坑，月球处于正确相位和倾斜角度以保证撞击时产生的羽状碎片接受合适的日光照射。
发射当日，LCROSS项目组将对外宣布选择哪个月球极地以及首要目标陨坑。在正式撞击前30天，项目组将最终敲定目标陨坑。最终接近月球时，“牧羊航天器”和“半人马座”将分离。“牧羊航天器”将进行制动，同时调整方位，以让所携带的仪器准确捕捉“半人马座”撞击。在“半人马座”撞月后，“牧羊航天器”有4分钟时间收集撞击数据并将数据传回LCROSS任务控制中心。
按照要求，LCROSS的撞击准确度应达到半径6.2英里(约合10公里)左右，真正执行任务时，准确度可能大大提高，达到0.75公里或者1.2公里。“半人马座”撞击的陨坑直径预计在90英尺(约合27米)左右，深度则在16英尺(约合5米)上下，LCROSS飞船撞击的陨坑直径预计在60英尺(约合18米)左右，深度则在10英尺(约合3米)上下。据悉，撞击将产生非常短暂的可见闪光，持续时间不到100毫秒。绝大多数喷出物将被抛向上空，上升速度超过每秒820英尺(约合每秒250米)。
利用埃姆斯研究中心的“垂直射击靶场”进行的研究显示，LCROSS撞击产生的陨坑体积将远远超过“月球勘探者”。后者重量为348磅(约合158公斤)，以6度掠射角和每秒1英里(约合每秒1.7公里)的速度撞击月球。[2]
科学目标
  月球陨坑观测和遥感卫星(LCROSS)撞月模拟图月球是夜空中最为明显的天体，但人类对月球绝大多数地区的了解还不及更为遥远的火星。对月球的了解主要来自地球上的望远镜、“阿波罗”任务以及规模较小的机器人月球任务。上世纪90年代，两次小规模机器人任务——“克莱门汀”号月球任务以及“月球勘探者”任务——发现了月球极地地区可能存在水的证据。不幸的是，所发现的证据并不具有决定性。LCROSS任务的一个重要目标就是寻找月球水是否存在这个问题的确切答案。如果确有水存在，月球必将成为人类探索太阳系的一个宝贵资源。
LCROSS任务主要科学目标包括以下4个方面：
1。证实月球一个永久性阴暗区是否有水存在。
2。寻找在月球极地地区探测到的氢签名成因。
3。如果确有水存在，确定月球土被或土壤中的含水量。
4。确定月球其中一个位于永久性阴暗区的陨坑土被成分。
LCROSS任务将是针对月球永久性阴暗区陨坑的第一次实地研究。LCROSS的首要任务是测量永久阴暗区土被或土壤中的水冰(冰与尘埃的混合物)浓度。“半人马座”重量达到5216磅(约合2366公斤)，大约相当于一辆大型运动型多功能车(SUV)。在以每秒1.55英里(约合每秒2.5公里)的速度撞击一个永久阴暗区陨坑坑底时，首先会出现闪光，紧接着产生羽状碎片。如果坑底有水存在，水会因此次撞击被抛到空中。一旦高度超过陨坑边缘，便会暴露在太阳辐射下，水分子随即分解成氢离子和氢氧离子。
在撞击后的4分钟时间里，“牧羊航天器”将利用所携带的科学仪器收集羽状碎片数据并传回LCROSS任务控制中心，在此之后，“牧羊航天器”也将执行撞月任务。两次撞击的一个可能结果是，暂时产生一个由氢氧离子构成的稀薄大气层，并被地上、绕地望远镜以及绕月卫星探测到。[3]
数据参数
组成结构：“牧羊航天器”和“半人马座”火箭末级； 任务时间：3-7个月，撞击目标为一个位于月球极地附近的永久性阴暗区陨坑，具体持续时间取决于发射以及目标陨坑确定日期；
科学仪器：牧羊航天器携带有9个科学仪器；
项目成本：耗资7900万美元。  美国月球陨坑观测和遥感卫星
牧羊航天器S-S/C
基本参数尺寸：“牧羊航天器”高79英寸(约合2米)，主结构直径为103英寸(约合2.6米)，从“全向–Z”到“全向+Z”天线的宽度为131英寸(约合3.3米)。
重量：发射时总重量为1664磅(约合891公斤)——飞船自身重1290磅(约合585公斤)，肼燃料重674.6磅(约合306公斤)。
额外信息：撞击过程中，“牧羊航天器”的最大重量为866公斤，最小重量为621公斤，平均重量为743公斤。很多因素都可预测撞击时的重量，其中就包括发射日期在内。
电力设施船载系统所需电量由一个固定的峰值功率为600瓦的太阳能电池阵列以及一个锂离子电池提供。1个恒星跟踪器组合件以及10个高精度太阳方位传感器，负者保持电池板朝向太阳方向。
所要实现的精确度：按照要求，精确度应达到半径6.2英里(约合10公里)的范围，实际精确度预计可达到达到0.75英里(约合1.2公里)。
遥感勘测飞船通讯通过两条速度为1.5 Mbps(兆比特每秒)的中增益天线、两条速度为40 Kbps(千比特每秒)的全向天线以及一个7瓦S波段无线电频率转发器实现。
数据：“牧羊航天器”获取的工程学与内务操作数据以及科学仪器获取的数据将实时传送给LCROSS任务操作和科学研究团队。
飞船制造者：加州雷东多海滩的诺斯罗普·格鲁曼航空航天系统公司以及马里兰州拉特哈姆的诺斯罗普·格鲁曼技术服务公司。
设计制造：“牧羊航天器”在诺斯罗普·格鲁曼公司位于加州雷东多海滩的工厂设计制造，所携带的科学仪器则在美国宇航局位于加州莫菲特场的艾姆斯研究中心设计制造。
所载科学仪器：“牧羊航天器”所携带的科学仪器包括两个近红外线分光计、一个紫外线-可见光分光计、两架中红外照相机、两架近红外照相机、一架可见光照相机以及一个可见光高速光度计。所有9个科学仪器获取的数据均由一个常见的数据处理设备负责处理。
任务持续时间：LCROSS撞月任务持续时间在3个月至7个月之间，撞击目标为一个位于月球极地附近的永久性阴暗区陨坑。具体持续时间取决于发射以及目标陨坑确定日期。
具体操作：LCROSS任务的任务操作与科学研究由美国宇航局位于加州莫菲特场的艾姆斯研究中心负责。
项目成本：LCROSS任务耗资7900万美元，其中并不包括“月球机器人先驱”项目自2008年10月以来因推迟发射产生的额外费用。
半人马座火箭
基本参数尺寸：“半人马座”高41.6英尺(约合12.68米)，直径为10英尺(约合3.04米)。如果将“牧羊航天器”算在内，这个“二合一”的高度可达到47英尺(约合14.5米)。
重量：“半人马座”撞月时的重量最高可达到5216磅(约合2366公斤)。
迫近月球分离：在月球表面上空大约5.4059万英里(约合8.7万公里)的高度，“半人马座”将进行撞月。撞月前大约9小时40分钟，“人马座”将与“牧羊航天器”分离。
180度旋转：与“人马座”分离后，“牧羊航天器”将进行180度旋转以便将所携带的科学仪器对准月球。
撞击时间：“牧羊航天器”将在“人马座”撞月后4分钟撞击月球表面。
撞击速度：撞击过程中，“人马座”和“牧羊航天器”将以大约每秒1.55英里(约合每秒2.5公里)的速度撞向月球。
角度：“人马座”和“牧羊航天器”将以相对于月球表面60度至70度左右的角度撞击月表。
撞击者重量：撞击过程中，“半人马座”的重量在最小4958磅(约合2249公斤)和最大5216磅(约合2366公斤)之间。名义上的撞击重量为5081磅(约合2305公斤)。撞击过程中，“牧羊航天器”的重量在最小1369磅(约合621公斤)和最大1909磅(约合866公斤)之间。
撞击规模：“半人马座”撞击将激起超过350公吨的月球物质，同时形成一个直径达66英尺(约合20米)深度达13英尺(约合4米)的陨坑。“牧羊航天器”估计将激起150公吨月球物质并形成一个直径46英尺(约合14米)深6英尺(约合2米)的陨坑。
羽状碎片高度：在“半人马座”的羽状碎片中，绝大多数物质将停留在距月表6.2英里(约合10公里)的高度。
目标陨坑：当前的目标陨坑是位于南极附近的一个永久性阴暗区陨坑。最终的目标陨坑将在撞击前30天对外宣布。目标陨坑选在月球南极还是北极将在发射前敲定。
观测活动：职业和业余天文学家正积极与LCROSS科学团队合作，协调LCROSS任务两次撞击的观测活动。[4]
撞月成功
2009年6月19日，“月球陨坑观测和遥感卫星”(LCROSS)与“月球勘测轨道器”(LRO)一同从佛罗里达州卡纳维拉尔角搭乘“阿特拉斯5”号火箭发射升空。 
在进行撞月任务前10小时，“半人马座”火箭与LCROSS分离。北京时间10月9日晚7时31分，“半人马座”火箭首先撞向月球，地点选在位于常年不见阳光的月球南极的一个名为“Cabeus”的陨石坑。大约4分钟后，LCROSS卫星接踵而至，向月球表面发起第二波撞击。 
尽管LCROSS卫星携带5台照相机和4个其他科学仪器，而且NASA此前曾在其网站上声称将传回撞击现场的照片，但结果并非如此。NASA工作人员表示，他们相信完成了撞击，但卫星在撞击前数秒钟停止向地球发送照片。