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沙拉德雷達(SHARAD)是「火星淺層雷達測深儀」英文縮寫的簡稱,它是一台搭載在火星勘測軌道飛行器上的地下探測雷達,作為歐洲太空總署「火星快車號」軌道飛行器上瑪西斯雷達的補充[1],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數據。羅馬大學信息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,沙拉德雷達的日常運行由信息通訊系進行管理。
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)的地下散射層圖像,以定位水/冰/沉積物,並繪製次表面層的垂直結構。
沙拉德雷達在20赫茲載波頻率上工作,傳輸帶寬為10赫茲的「啁啾」信號,脈衝寬度85微秒,標準脈衝重複頻率700.28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:
該雷達運行在700.28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展任務。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微秒接收窗口的回波位置(閉環跟蹤系統作為備份)。
該機載設備信號處理量最小,通過對接所收回波的一系列邏輯推測(可在1到32的二次方之間進行編程),使用(8、6、4)位數據編程以降低生成的數據率。
啁啾信號由數位訊號發生器直接在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「欠採樣」(undersampling)技術以26.6赫茲的速率數位化,一台單獨的數位訊號處理器提供專門的控制和處理功能。
該設備由以下單位分工製造:
雖然早在2001年就開始研究,但直到2003年2月才正式宣布進入全面開發。2004年3月,該設備的工程模型(EM)在丹佛(太空飛行器生產地)交付給洛克希德·馬丁航天系統,併集成到軌道器試驗台中。2004年9月,原型飛行模塊(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。進入運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。
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[2]。雷達探測的結果與中緯度地區大量的水冰沉積物相一致,支持了岩屑覆蓋的冰川假說[3]。
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[4][5][6]。
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。
當結合沙拉德雷達數據構建出一座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[7]。
2011年4月發表的一項研究表明,南極附近分布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持液態水的存在[8]。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[9]。這些沉積物共有三層;每一層都覆蓋著一層30米厚的水冰,可阻止二氧化碳升華到大氣中,升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[10]。
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