沙拉德雷達（SHARAD）是 火星淺層雷達測深儀 英文縮寫的簡稱，它是一臺搭載在火星勘測軌道飛行器上的地下探測雷達，作為歐洲空間局 火星快車號 軌道飛行器上瑪西斯雷達的補充 R Orosei et al Science results from the MARSIS and SHARAD subsurface sounding radars on Mars and their relevance to radar sounding of icy moons in the Jovian system EPSC2010726 European Planetary Science Congress 2010 Vol 5 accessed Nov 17 2014，提供了一種低穿透（約 100 米）高解析度（15 米）的探測能力。 沙拉德雷達由義大利航天局負責開發，並在美國宇航局與義大利航天局簽署的協議框架內交由噴氣推進實驗室應用於 火星勘測軌道飛行器。協議規定義大利 美國聯合團隊共同使用這些雷達資料。羅馬大學資訊通訊系負責雷達操作，而義大利泰雷茲阿萊尼亞宇航公司（以前的阿萊尼亞航天公司）承擔儀器的設計和建造。沙拉德運營中心位於泰雷茲阿萊尼亞宇航公司在羅馬郊區的設施內，沙拉德雷達的日常執行由資訊通訊系進行管理。 科學目標 沙拉德雷達旨在繪製火星表面以下一公里地圖，提供具有高垂直解析度（15 米）的地下散射層影像，以定位水 冰 沉積物，並繪製次表面層的垂直結構。 效能特點 沙拉德雷達在 20 赫茲載波頻率上工作，傳輸頻寬為 10 赫茲的 啁啾 訊號，脈衝寬度 85 微秒，標準脈衝重複頻率 70028 赫茲，發射功率峰值為 10 瓦，天線是一根 10 米長的偶極子。在地面生成合成孔徑，以減少相同地下回波範圍內，偏離天底散射體產生的不必要表面回波。 沙拉德雷達的結構組成分為兩部分： 沙拉德電子裝置箱（SEB），包含所有電子裝置（雷達控制器、發射器、接收器和天線阻抗匹配網路），安裝在作為內部電子模組散熱器的金屬框架內（火星勘測軌道飛行器 是一艘開放式框架航天器，沙拉德雷達擁有一套自動熱控制系統）； 天線，由兩根光纖管制成，摺疊存放在支架中（由隔熱材料覆蓋，以保護免受空氣制動引起的加熱）。一旦展開，天線將伸展到位，這僅歸功於該材料的彈性特性，而非導電管內的金屬線才是天線真正的輻射元件。該天線由位於加利福尼亞州卡平特里亞的諾斯羅普格魯曼航太公司設計和製造。 該雷達執行在 70028 赫茲的固定重複脈衝頻率上，以秩 1 模式（即在發射第二個脈衝之後）接收回波，還有兩種備用（較高和較低）脈衝重複頻率可用於處理軌道上的擴充套件任務。根據已掌握的表面地形情況，以開環跟蹤系統作為主要手段來定位 135 微秒接收視窗的回波位置（閉環跟蹤系統作為備份）。 該機載裝置訊號處理量最小，透過對接所收回波的一系列邏輯推測（可在 1 到 32 的二次方之間進行程式設計），使用（8、6、4）位資料程式設計以降低生成的資料率。 啁啾訊號由數字訊號發生器直接在 20 赫茲載波上生成，並饋送至功率放大器，隨後是發射 接收切換和阻抗匹配 接收機直接對射頻進行放大、濾波和數字增益處理，並採用 欠取樣（undersampling）技術以 266 赫茲的速率數字化，一臺單獨的數字訊號處理器提供專門的控制和處理功能。 該裝置由以下單位分工製造： 儀器設計、整合和測試：義大利阿爾卡特阿萊尼亞宇航公司（羅馬工廠）； 數位電子子系統（DES）：義大利阿爾卡特阿萊尼亞宇航公司（米蘭工廠 前身為蘭電子及原子實驗室 ）； 啁啾發生、接收器：義大利阿爾卡特阿萊尼亞宇航公司（羅馬 拉奎拉工廠）； 發射機、阻抗匹配網路：伽利略航空公司（義大利米蘭）； 天線：諾斯羅普格魯曼航太公司 （美國加利福尼亞州卡平特里亞） 。 歷史 雖然早在 2001 年就開始研究，但直到 2003 年 2 月才正式宣佈進入全面開發。2004 年 3 月，該裝置的工程模型（EM）在丹佛（航天器生產地）交付給洛克希德馬丁航天系統，並整合到軌道器試驗檯中。2004 年 9 月，原型飛行模組（PFM）交付並安裝到丹佛的 火星勘測軌道飛行器 上。2005 年 8 月 12 日，火星勘測軌道飛行器 搭載在宇宙神 5 型 半人馬運載火箭上，從卡納維拉爾角空軍基地發射升空，並於 2006 年 3 月 10 日抵達火星軌道。進入執行軌道所需的大氣制動階段一直持續到 2006 年 8 月 30 日，2006 年 9 月 17 日，沙拉德雷達天線展開。9 月 19 日成功進行了雷達的首次飛行試驗，自 2006 年 11 月開始雷達進入正常運作。 發現 沙拉德雷達穿透了火星北極的層狀冰沉積物，揭示了一層最大偏轉度相對較小（約 100 米）的地下岩層，表明堅硬的岩石圈厚度超過 300 公里。雷達探測的結果與中緯度地區大量的水冰沉積物相一致，支援了岩屑覆蓋的冰川假說。 2016 年 11 月 22 日，美國宇航局報告說，使用沙拉德雷達在火星烏托邦平原地區發現了大量的地下冰。據估計，檢測到的水量相當於一座蘇必利爾湖。 該地區水冰體積的計算是基於火星勘測軌道飛行器上沙拉德探地雷達的測量結果。 當結合沙拉德雷達資料構建出一座 3D 模型時，揭示了北極冠蓋中埋藏的隕石坑，它們可用於確定某些地層的日期 Foss F et al 2017 3D imaging of Marspolar ice caps using orbital radar data The Leading Edge 36 4357。 2011 年 4 月發表的一項研究表明，南極附近分佈有大量冰凍的二氧化碳沉積。當火星傾斜度增加時，大部分的沉積物可能會進入火星大氣層。當這種情況發生時，大氣層變厚，風力增強，更多的地表區域可以支援液態水的存在。經過更多的分析，人們發現，如果這些沉積物全部變成氣體，火星上的大氣壓就會加倍增 Phillips R et al 2011 Massive CO2 ice deposits sequestered in the south polar layered deposits of Mars Science 332 638841。這些沉積物共有三層；每一層都覆蓋著一層 30 米厚的水冰，可阻止二氧化碳昇華到大氣中，昇華是固態物質直接進入氣態。這三層覆蓋層都與氣候變化造成大氣層消退的年代有關 Bierson C et al 2016 Stratigraphy and evolution of the buried CO2 depositin the Martian south polar cap Geophysical Research Letters 43 41724179。 火星互動地圖 另請檢視 月球雷達測深器（LRS），是一臺繞地球月球軌道執行的低頻雷達測深儀儀和高度計。 瑪西斯雷達，火星地下和電離層探測高新雷達（MARSIS），是一臺環繞火星執行的低頻雷達測深儀和高度計。 木星冰月探測雷達，冰月探測雷達（RIME）是一種軌道低頻雷達測深儀和木星冰衛星高度計。 天問一號，天文一號任務計劃分別在火星軌道器和地面探測車上各安裝一臺探地雷達。 WISDOM radar，火星水冰和地下沉積物觀測雷達（WISTEM）是安裝在羅莎琳德富蘭克林號漫遊車上的一臺探地雷達。 參考資料 延伸閱讀 R Croci et al SHARAD Design and Operation IGARSS 2007 Proceedings Barcelona 2007 外部連結 SHARAD page on the Mars Reconnaissance Orbiter site SHARAD page on the Agenzia Spaziale Italiana site NASA PDS Instrument Profile for SHARAD httpsegorgpodcastPost4604Episode10RemotesensingonMars This is a podcast describing the use of SHARAD radar data to explore the ice caps httpssharadpsiedu PSIhost SHARAD Website Category 火星勘測軌道飛行器 Category 火星探測器 Category 太空雷達