เอ็กซ์พลอเรอร์ 11

ดาวเทียมเอ็กซ์พลอเรอร์-11
ชื่อ	S-15 นาซา S-15
ประเภทภารกิจ	ดาราศาสตร์รังสีแกมมา
ผู้ปฏิบัติงาน	นาซ่า
การกำหนดของฮาร์วาร์ด	1961 ฉบับที่ 1
รหัส COSPAR	1961-013A
หมายเลข SATCAT	00107
เว็บไซต์	เครื่องบิน Explorer 11 ที่ GSFC
ระยะเวลาของภารกิจ	6 เดือน 20 วัน
คุณสมบัติของยานอวกาศ
ยานอวกาศ	เอ็กซ์พลอเรอร์ 11
ประเภทของยานอวกาศ	นักสำรวจวิทยาศาสตร์
รสบัส	เอส-15
ผู้ผลิต	ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด
ปล่อยมวล	37.2 กก. (82 ปอนด์) [ 1 ]
เริ่มภารกิจ
วันที่เปิดตัว	27 เมษายน 1961, 14:16:38 GMT
จรวด	จูโน II (AM-19E)
จุดปล่อยจรวด	เคปคานาเวอรัล , LC-26B
ผู้รับเหมา	หน่วยงานขีปนาวุธของกองทัพบก
เข้ารับราชการ	27 เมษายน 2504
สิ้นสุดภารกิจ
ติดต่อครั้งล่าสุด	17 พฤศจิกายน 2504
พารามิเตอร์วงโคจร
ระบบอ้างอิง	วงโคจรศูนย์กลางโลก[ 2 ]
ระบอบการปกครอง	วงโคจรต่ำของโลก
ระดับความสูงจุดใกล้โลกที่สุด	486 กม. (302 ไมล์)
ระดับความสูงสูงสุด	1,786 กม. (1,110 ไมล์)
ความโน้มเอียง	28.90°
ระยะเวลา	108.10 นาที
เครื่องดนตรี
กล้องโทรทัศน์ แบบคริสตัลแซนด์วิช/ตัวนับเชเรนคอฟ (Phoswich-Cherenkov Counter)
โปรแกรมสำรวจ

เอ็กซ์พลอเรอร์ 11 (หรือที่รู้จักกันในชื่อS-15 ) เป็น ดาวเทียม ของนาซาที่ติดตั้งกล้องโทรทัศน์รังสีแกมมา ในอวกาศเป็นครั้งแรก ซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นของดาราศาสตร์รังสีแกมมาในอวกาศ ดาวเทียมดวงนี้ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 27 เมษายน 1961 โดยจรวดจูโน IIและส่งข้อมูลกลับมาจนถึงวันที่ 17 พฤศจิกายน 1961 เมื่อปัญหาด้านพลังงานทำให้ภารกิจทางวิทยาศาสตร์ต้องยุติลง ในช่วงอายุการใช้งานเจ็ดเดือนของยานอวกาศ มันตรวจพบเหตุการณ์จากรังสีแกมมา 22 ครั้ง และเหตุการณ์จากรังสีคอสมิก ประมาณ 22,000 ครั้ง

ยานอวกาศเอ็กซ์พลอเรอร์ 11 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจจับแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาพลังงานสูง ยานอวกาศโคจรอยู่ในวงโคจรที่ มีจุดสูงสุด ที่ 1,786 กิโลเมตร (1,110 ไมล์) จุดต่ำสุดที่ 486 กิโลเมตร (302 ไมล์) คาบการโคจร 108.10 นาที และมุมเอียง 28.90° นอกจากการตรวจจับรังสีแกมมาแล้ว เอ็กซ์พลอเรอร์ 11 ยังได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างแผนที่ทิศทางของรังสีแกมมา โดยเน้นที่ระนาบของกาแล็กซีศูนย์กลางกาแล็กซีดวงอาทิตย์และแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนทางวิทยุ อื่นๆ ที่รู้จัก เพื่อเชื่อมโยงการวัดกับความหนาแน่นของฟลักซ์รังสีคอสมิกและความหนาแน่นของสสารระหว่างดาวและเพื่อวัดค่าการสะท้อนแสงของรังสีแกมมาพลังงานสูงของชั้นบรรยากาศโลก ดาวเทียมเป็นกล่องอลูมิเนียมแปดเหลี่ยมที่รักษาเสถียรภาพด้วยการหมุน (30.5 × 30.5 × 58.5 ซม. (12.0 × 12.0 × 23.0 นิ้ว)) บนทรงกระบอก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 15.2 ซม. (6.0 นิ้ว) และยาว 52.2 ซม. (20.6 นิ้ว)) Explorer 11 ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้การเคลื่อนที่ที่เสถียรของมันคือการหมุนแบบกลับหัวกลับหางรอบแกนหลักตามขวางที่มีโมเมนต์ความเฉื่อยมากที่สุด ชุดกล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาถูกติดตั้งเพื่อให้แกนความไว ซึ่งขนานกับแกนยาวของดาวเทียม จะหมุนในระนาบของการหมุน การวางแนวของแกนนี้ในอวกาศถูกกำหนดไว้ที่ประมาณ 5° โดยใช้เครื่องตรวจจับลักษณะทางแสงและการใช้รูปแบบการแผ่รังสีที่ทราบของเสาอากาศของยาน การส่งข้อมูลทางไกลทำได้เฉพาะแบบเรียลไทม์โดยเครื่องส่งสัญญาณ PM สองเครื่อง เนื่องจากเครื่องบันทึกเทปบนยานล้มเหลวในระหว่างการปล่อย^{[ 3 ]}

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง เครื่องตรวจจับเชเรนคอฟแบบคริสตัลแซนด์วิชของ Explorer 11 นั้นเหมือนกับที่ใช้ในการทดลองกล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมา การทดลองรังสีแกมมานี้ได้รับการออกแบบโดยนักวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อตรวจจับรังสีแกมมาในอวกาศที่มีพลังงานมากกว่า 50 MeVข้อมูลอนุภาคประจุถูกเก็บรวบรวมโดยใช้อุปกรณ์เดียวกัน กล้องโทรทรรศน์นี้ใช้เพื่อกำหนดความเข้มและการกระจายมุมพิตช์ของโปรตอน ที่ถูกดักจับ ด้วยสนามแม่เหล็กโลก กล้องโทรทรรศน์ประกอบด้วยแผ่นพลาสติกป้องกันการเกิดเหตุการณ์พร้อมกัน ชั้นของ ผลึก โซเดียมไอโอไดด์ (NaI) และซีเซียมไอโอไดด์ (CsI) และเครื่องตรวจจับเชเรนคอฟทรงกระบอก เมื่อถอดข้อกำหนดการป้องกันการเกิดเหตุการณ์พร้อมกันของแผ่นพลาสติกเรืองแสงออก ข้อมูลอนุภาคประจุจะถูกบันทึกโดยตัวนับทั้งสามตัว นอกจากนี้ ยังมีการบันทึกการเกิดเหตุการณ์พร้อมกันของอนุภาคประจุระหว่างคริสตัลแซนด์วิชและเครื่องตรวจจับเชเรนคอฟ ในโหมดนี้ จะได้ข้อมูลทิศทาง ค่าสัมประสิทธิ์พื้นที่เชิงมุมตันของกล้องโทรทรรศน์อยู่ที่ประมาณ 4.3 cm² ⁽ 0.67 ตารางนิ้ว) ทิศทางการมองของกล้องโทรทรรศน์ตรงกับแกนสมมาตรของยานอวกาศ สำหรับลำแสงที่ตกกระทบขนานกับทิศทางการมองของกล้องโทรทรรศน์ ประสิทธิภาพการตรวจจับจะลดลงเหลือ 0 ที่มุม 15° จากทิศทางนี้ เกณฑ์พลังงานสำหรับเครื่องตรวจจับแต่ละตัวมีดังนี้: (1) พลาสติกเรืองแสง (ส่วนบน) อิเล็กตรอน -350 keV โปรตอน -3.5 MeV (2) พลาสติกเรืองแสง (ส่วนล่าง) อิเล็กตรอน -400 keV โปรตอน -35 MeV (3) แซนด์วิชคริสตัล อิเล็กตรอน -400 keV โปรตอน -75 MeV และ (4) เชเรนคอฟ อิเล็กตรอน -15 MeV โปรตอน -350 MeV เวลาในการสะสมข้อมูลอนุภาคประจุประมาณ 30 วินาที วงจรปรับขนาดเดียวใน Explorer 11 อนุญาตให้ตรวจสอบได้ครั้งละหนึ่งช่องสัญญาณ ในช่วง 7 เดือนที่เครื่องมือถูกเปิดใช้งานและทำงานในวงโคจร มีเวลาสังเกตการณ์ที่มีประโยชน์เพียง 141 ชั่วโมง (3%) เท่านั้น ในช่วงเวลานี้ กล้องโทรทัศน์ได้รับการตรวจสอบรังสีแกมมาและอนุภาคประจุ^{[ 4 ]}

การทดลองนี้ออกแบบมาเพื่อค้นหารังสีแกมมาพลังงานสูง (มากกว่า 50 MeV ) จากทรงกลมท้องฟ้าโครงสร้างพื้นฐานของเครื่องตรวจจับประกอบด้วยผลึกเรืองแสง NaI และ CsI ซ้อนกัน (20 g/cm² ^{) ซึ่งตรวจจับโดย} โฟโตมัลติพลายเออร์ตัวเดียวและตัวนับเชเรนคอฟทำจากลูไซต์ ซึ่งตรวจจับโดยโฟโตมัลติพลายเออร์สองตัว ทั้งหมดนี้ถูกล้อมรอบด้วยแผ่นพลาสติกเรืองแสงที่ตรวจจับโดยโฟโตมัลติพลายเออร์ห้าตัว เครื่องตรวจจับแบบแซนด์วิชให้วัสดุที่มีเลขอะตอมสูงสำหรับกระบวนการสร้างคู่ กล่าวคือ รังสีแกมมาพลังงานสูงจะถูกแปลงเป็น คู่ของ อิเล็กตรอนและโพซิตรอนจากนั้นอิเล็กตรอนและโพซิตรอนจะเข้าสู่ตัวนับเชเรนคอฟ ซึ่งตรวจจับอนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านปริมาตรของมันในทิศทางลงเท่านั้น สัญญาณไฟฟ้าพร้อมกันจาก PMT ทั้งสองตัวบ่งชี้ว่ามีอนุภาคประจุอย่างน้อยหนึ่งตัวเคลื่อนที่ผ่านกล้องโทรทรรศน์ สัญญาณหรือการขาดสัญญาณจากแผ่นพลาสติกโดยรอบในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ถูกกระตุ้น บ่งชี้ว่าการกระตุ้นนั้นเกิดจากอนุภาคที่ไม่มีประจุหรือมีประจุ นอกจากนี้ ส่วนประกอบ "สุดท้าย" และ "ทั้งหมด" ของสัญญาณจากโฟโตมัลติพลายเออร์ที่มองไปยังตัวตรวจจับแบบแซนด์วิช ยังเป็นวิธีการแยกแยะเหตุการณ์ที่เกิดจากนิวตรอนและรังสีแกมมา การทดลองดำเนินไปตามปกติตั้งแต่เริ่มปล่อยจนถึงวันที่ 17 พฤศจิกายน พ.ศ. 2504 ^{[ 5 ]}

กล้องโทรทรรศน์ Explorer 11 ซึ่งพัฒนาขึ้นที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ใช้การผสมผสานระหว่างตัวตรวจจับแบบสกิ้นทิลเลเตอร์แบบแซนด์วิชและตัวนับเชเรนคอฟเพื่อวัดทิศทางและพลังงานของการมาถึงของรังสีแกมมาพลังงานสูง เนื่องจากไม่สามารถเล็งกล้องโทรทรรศน์ได้ ยานอวกาศจึงถูกตั้งให้หมุนช้าๆ เพื่อสแกนทรงกลมท้องฟ้า เนื่องจากวงโคจรที่สูงกว่าที่วางแผนไว้ซึ่งนำยานอวกาศเข้าไปในบริเวณรังสีรบกวนของตัวตรวจจับในแถบรังสีแวนอัลเลนและความล้มเหลวในช่วงต้นของเครื่องบันทึกเทปบนยาน ทำให้สามารถบันทึกเวลาสังเกตการณ์ที่มีประโยชน์ได้เพียง 141 ชั่วโมงจากระยะเวลาประมาณ 7 เดือนที่เครื่องมือทำงาน ในช่วงเวลานี้ มีการบันทึกเหตุการณ์ "สัญญาณรังสีแกมมา" จำนวน 31 ครั้ง เมื่อกล้องโทรทรรศน์ชี้ไปในทิศทางที่อยู่ห่างไกลจากชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาที่ค่อนข้างสว่างซึ่งเกิดจากการปฏิสัมพันธ์ของ โปรตอนรังสีคอสมิกทั่วไปกับอะตอมของอากาศ การกระจายตัวของทิศทางการมาถึงทั้งสามสิบเอ็ดทิศทางบนท้องฟ้า ไม่แสดงความสัมพันธ์ที่มีนัยสำคัญทางสถิติกับทิศทางของแหล่งกำเนิดรังสีจากอวกาศใดๆ เนื่องจากขาดความสัมพันธ์ดังกล่าว จึงไม่สามารถระบุสาเหตุของเหตุการณ์ทั้งสามสิบเอ็ดเหตุการณ์ว่าเป็นรังสีแกมมาจากอวกาศได้ ดังนั้น ผลการทดลองจึงถูกรายงานเป็นค่าขีดจำกัดบน ซึ่งต่ำกว่าค่าขีดจำกัดที่ได้จากการทดลองโดยใช้บอลลูนในอดีตอย่างมีนัยสำคัญ

กล้องโทรทัศน์รังสีแกมมาที่ได้รับการปรับปรุง ซึ่งพัฒนาขึ้นที่ MIT เช่นกัน ได้ถูกนำไปติดตั้งบนยานสำรวจดวงอาทิตย์โคจร 3 ( OSO 3 ) ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 1967 กล้องโทรทัศน์นี้ประสบความสำเร็จในการสังเกตการณ์รังสีแกมมาพลังงานสูงจากทั้งแหล่งกำเนิดในกาแล็กซีและนอกกาแล็กซีเป็นครั้งแรก การทดลองในภายหลัง ทั้งในวงโคจรและบนพื้นโลก ได้ระบุแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาจำนวนมากในกาแล็กซี ของเรา และนอกกาแล็กซี

• โปรแกรมสำรวจ

• ภารกิจทางประวัติศาสตร์ของโครงการก็อดดาร์ด
• เอ็กซ์พลอเรอร์ 11
• S15
• จูโน II
• ภาพ GIF