Deep Space 1

Deep Space 1 Experimentální
vesmírná sonda Popis tohoto obrázku, také komentován níže Umělecký dojem sondy Deep Space 1 . Všeobecné údaje
Organizace NASA
Stavitel Spectrum Astro
Program Nové tisíciletí
Pole Technologie, studium menších nebeských objektů
Typ mise Přehled
Postavení Mise splněna
Zahájení 24. října 1998
Spouštěč Delta II 7326
Konec mise 18. prosince 2001
Identifikátor COSPAR 1998-061A
Stránky http://nmp.jpl.nasa.gov/ds1/
Hlavní milníky
29. července 1999 Let nad asteroidem Braillova písma
22. září 2001 Přelet nad kometou Borrelly
Technická charakteristika
Mše při startu 486,32  kg
Pohon Iontový
Ergoly Xenon , hydrazin
Hmota hnacího plynu 113 kg včetně 81,5 kg xenonu
Δv 4,2 km / s
Kontrola postoje 3 osy stabilizovány
Zdroj energie Solární panely
Elektrická energie 2,5  k W na 1  AU
Hlavní nástroje
MICAS Fotoaparáty / spektrometry
PEPE Iontový a elektronový spektrometr

Deep Space 1 je vesmírná mise vesmírné agentury USA , NASA , určená k testování nových technologií. Spouští se dne24. října 1998 a končí 18. prosince 2001. Tato malá vesmírná sonda o hmotnosti 487 kilogramů je prvním plavidlem, které jako hlavní pohon použilo iontový motor . Deep Space je také první misí Programu nového tisíciletí, jejímž cílem bylo vyvinout vybavení používané malou meziplanetární kosmickou lodí vynucené novou strategií průzkumu sluneční soustavy ( rychlejší, levnější, lepší ).

Deep Space 1 úspěšně splnil svoji misi, což prokázalo zejména to, že iontový pohon měl vytrvalost potřebnou k pohonu dlouhotrvající meziplanetární mise bez narušení činnosti vědeckých přístrojů. Vesmírná sonda také dosáhla svých sekundárních cílů tím, že letěla nad asteroidem (9969) Braillovým písmem a kometou Borrelly a shromažďovala vědecká data a fotografie těchto menších těles.

Kontext

Program Nové tisíciletí

Deep Space 1 je první vesmírná mise programu New Millennium Program (NMP) NASA . New Millenium je součástí nové strategie průzkumu sluneční soustavy NASA implementované jejím správcem Danielem Goldinem , spočívající ve vývoji misí, které jsou levnější než v minulosti ( rychlejší, levnější, lepší ), ale najednou početnější. Do té doby byly na operačních misích testovány nové vesmírné technologie využívající jejich velmi velkých rozpočtů, jako je použití flash pamětí během mise Cassini . Tato možnost již není možná v kontextu nových misí, které kvůli omezení nákladů vyžadují použití dokonale zdokonalených technologií. Tyto nové mise však vyžadují vývoj nových vesmírných technologií umožňujících miniaturizaci a snížení nákladů. Aby zvládl tuto potřebu, Charles Elachi , ředitel střediska JPL, nabízí společnosti Goldin nový program spojující mise vyvinuté v duchu rychlejších, levnějších, lepších a věnovaných kvalifikaci těchto nových technik před jejich nasazením na operativnější mise. Mezi tyto technologie patří zejména iontový pohon . Program je řízen Jet Propulsion Laboratory v NASA. Hlavní cíle těchto misí jsou proto primárně technické, přičemž vědecké výhody jsou sekundárním cílem. V červenci 1995 americký kongres schválil zahájení programu nového tisíciletí a zejména rozvoj mise Deep Space 1 zaměřené zejména na vývoj iontového pohonu.

Výzkum iontového pohonu v NASA

Vývoj iontového pohonu začal v NASA v padesátých letech minulého století . Doktor Harold Kaufman z Lewis Research Center (zřízení NASA) postavil první motor tohoto typu v roce 1959. V roce 1964 byla raketou Scout vypuštěna malá experimentální družice Space Electric Rocket Test 1 (SERT 1) . Jeden ze dvou motorů dokázal běžet 31 minut. SERT 2, rovněž vybavený dvěma iontovými motory, byl uveden na oběžnou dráhu v roce 1970: jeden ze dvou motorů pracoval 5 měsíců (3 871 hodin nepřetržitě), druhý 3 měsíce. Tyto rané motory jako pohonné hmoty používaly buď cesium, nebo rtuť . Ale tyto dva chemické prvky mají nevýhody a inženýři volí xenon pro následující motory, což je jednodušší. V časných 1960 se HRL Laboratories výzkumné středisko se nachází v Malibu ( Kalifornie ), dceřiná společnost výrobce letecký Hughes byl také pracuje na iontové pohonu. První experimentální motor od tohoto výrobce byl testován na palubě vojenské sondy Geophysics Laboratory Charging ve vysoké nadmořské výšce spuštěné v roce 1979. V srpnu 1997 byla na palubu telekomunikačního satelitu PanAmSat 5 instalována provozní verze : iontový motor byl použit k udržení satelit v jeho geostacionární poloze a zkontrolujte jeho orientaci. Na počátku 90. let vyvinula Jet Propulsion Laboratory a Lewis Research Center iontový motor NSTAR pro použití při pohonu meziplanetárních kosmických lodí. Centrum Lewis Center běží motor ve vakuové komoře po dobu 8 000 hodin. Testy, které skončily v září 1997, byly úspěšné a NASA se rozhodla vyvinout funkční iontový motor s Hughesem pro misi Deep Space 1.

Návrh a konstrukce Deep Space 1

Elektrický pohon ( Solar Electric Propulsion nebo SEP) byl navržen již v 70. letech pro průzkumné mise sluneční soustavy NASA, které nevyžadovaly brutální brzdné manévry (mimo dosah tohoto typu pohonu), jako jsou přelety komet a asteroidů (např. Mission Halle / Tempel 2 Comet International Mission). Navzdory testům prováděným v rámci misí SERT však byla tato technologie považována za nezralou, protože interakce s vědeckými nástroji byly špatně pochopeny, zatímco design misí využívajících tento typ pohonu, který podléhal silným omezením, nebyl zvládnut. Deep Space 1, první mise nového miléniového programu , je původně v myslích jeho konstruktérů misí prozkoumat drobné objekty (komety, asteroidy), jejichž cílem je otestovat silnou miniaturizaci všech komponent. Cílem je, aby celková hmotnost při vypuštění vesmírné sondy byla méně než 100 kilogramů. Další studie ukazuje, že kritickou technologií umožňující odlehčení vesmírné sondy je elektrický pohon a Deep Space 1 se stal misí zaměřenou na kvalifikaci této technologie. Deep Space 1 také nese experimentální autonomní navigační systém využívající polohu hvězd k korekci své dráhy. Úředníci JPL se rozhodli rozvíjet tuto novou misi ve velmi krátkém čase (36 měsíců) s cílem zahájit ji v červenci 1998. K vybudování platformy je vybrána malá společnost z Arizony Spectrum Astro .

Technologické cíle

Hlavním cílem Deep Space 1 je ověřit dvanáct nových vesmírných technologií a konkrétněji použití iontového pohonu, který dosud nebyl nikdy používán jako hlavní pohon meziplanetární mise.

Iontový motor NSTAR

NSTAR je první iontový motor používaný v meziplanetární misi. Motor, který je elektricky poháněn solárními panely, je hlavním pohonným systémem vesmírné sondy.

Solární panely

SCARLET ( Solar Concentrator Array of Refractive Linear Element Technologies ): experimentální solární panely využívající fotovoltaické články typu GaInP2 / GaAs / Ge pokryté válcovými čočkami, které mají úlohu jak soustředit světlo, tak chránit články. Tento systém čoček zvyšuje energii produkovanou solárními články o 20%, a proto snižuje hmotnost věnovanou výrobě energie.

Autonomie vesmírné sondy

Násobení vesmírných sond vyplývající z rychlejší, levnější a lepší strategie vede k většímu plánu zátěže pro obří antény Deep Space Network . Deep Space 1 testuje tři nové technologie, jejichž cílem je umožnit vesmírné sondě větší autonomii, a proto omezit výměny s pozemními týmy:

Vědecké nástroje

Telekomunikace

Mikroelektronika

Vědecké cíle

Deep Space 1 je hlavně mise určená k vývoji nových technologií, ale byly definovány také sekundární vědecké cíle přizpůsobené technickým charakteristikám vesmírné sondy. Jedná se o let nad malými tělesy obíhajícími na oběžných drahách blízkých Zemi. Podle původního plánování by měla vesmírná sonda letět nad asteroidem (3352) McAuliffe v polovině ledna 1999 relativní rychlostí 6,7  km / s, poté v červnu 2000 kometa 76P / West-Kohoutek-Ikemura relativní rychlostí 15  km / s . V dubnu 2000 měla vesmírná sonda letět nad Marsem a potenciálně provést krátký let nad Phobosem , měsícem této planety.

Plánované datum spuštění je červenec 1998, ale problémy související s vývojem vybavení a vývojem palubního softwaru vyžadují v březnu 1998 odložit spuštění na říjen 1998. Ke splnění tohoto nového cíle se projektový tým rozhodl odložit vývoj experimentální software Remote Agent (který se stáhne během mise) po spuštění, zatímco vývoj dalšího softwaru je částečně založen na programech vytvořených pro misi Mars Pathfinder . Odložení data zahájení vyžaduje úpravu vědeckých cílů. Ze seznamu 100 menších těles NASA vybírá asteroid 1992KD objevený v roce 1992 astronomy ve středu JPL. Jedná se o asteroid z oblasti kříže , jehož dráha protíná dráhu Marsu. Jeho oběžná dráha se rychle mění a během několika tisíc let by se z ní měl stát asteroid blízký Zemi (protínající oběžnou dráhu Země ). Spektrální analýza naznačuje, že je to jeden z mála asteroidů typu Q přítomných v pásu asteroidů . Tato zvláštnost a vývoj jeho oběžné dráhy z něj činí obzvláště zajímavý vědecký cíl. Aby se zvýšil zájem veřejnosti, NASA přejmenovává asteroid Braillovo písmo na počest vynálezce hmatového zvýrazňovacího systému Louis Braille pro použití nevidomými. V té době se odhadovalo, že asteroid byl dlouhý 3  km a protáhlý. Cirkuluje na oběžné dráze se sklonem 28 ° vzhledem k rovině ekliptiky . Deep Space 1 má letět nad asteroidem relativní rychlostí 15,5  km / s .

Provádění mise

Zahájení

Uzavření vybraného odpalovacího okna (15. října - 10. listopadu 1998) je dáno pouze nutností uvolnit odpalovací rampu pro vypuštění sond Mars Surveyor ( Mars Climate Orbiter a Mars Polar Lander ). Deep Space 1 zahájen dne24. října 1998ze základny startu na mysu Canaveral ( Florida ) pomocí Delta II 7326-9 Med-Lite raketa, která je prvním použití. Raketa také nese studentem vyvinutý mikrosatelit SEDSat 1, který je vypuštěn před vystřelením třetího stupně rakety. Ten umístí vesmírnou sondu na heliocentrickou dráhu 1 x 1,3 astronomické jednotky . Od začátku mise se objevují první problémy. Hvězda nálezce odmítne práci, ale solární panely nasadit správně a opakovací potvrzuje, že trajektorie je, jak bylo plánováno.

Kalibrace přístroje a přechod k braillskému asteroidu

10. listopadu byl iontový motor uveden do provozu poprvé, přičemž test měl trvat 17 hodin. Po 4,5 minutách se ale vypne a všechny pokusy o zapnutí selžou. Pozemní inženýři předpokládají, že toto vypnutí je způsobeno elektrickým zkratem v důsledku nečistot uvízlých v molybdenových mřížkách motoru. Rozhodnou se je vystavit střídavému vystavení slunci a poté chladu vesmíru, který postupně způsobí jejich expanzi a poté jejich kontrakci v naději, že tyto operace uspějí v uvolnění úlomků. Na konci listopadu je iontový motor restartován a začíná pracovat na nominální hodnotě. Prvních 10 dní je tah orientován tak, aby se maximalizoval Dopplerův efekt signálů přijímaných na Zemi, aby bylo možné přesně měřit výkon motoru, poté se upraví orientace vesmírné sondy tak, aby se vrátila zpět na dráhu zachycení asteroidu Braillova písma. Zjištěné problémy neumožňují kalibraci kamer pomocí snímků Země a Marsu, což bude mít důsledky pro další průběh operací. Kalibrační operace MICAS ukazují, že ultrafialový spektrometr poskytuje nepoužitelná data a že ve viditelném a infračerveném světle jsou obrazy pořízené kamerami MICAS ovlivňovány rozptýleným světlem generovaným odrazem slunečního záření na určité části povrchu. 22. ledna provedl projektový tým testy modulace tahu, které umožnily ověřit, že přenosy a měření prováděné plazmovými měřicími přístroji nebyly rušeny provozem iontového motoru. V únoru bude přenesena a nainstalována hlavní aktualizace integrovaného softwaru. Testy provedené později pomocí softwarové autonomní navigace Autonav ukazují, že funguje uspokojivě. 27. dubna byl iontový motor zastaven, protože vesmírná sonda byla nyní na balistické dráze, která by jí měla umožnit letět nad asteroidem na krátkou vzdálenost. Od spuštění iontový motor pracoval 1 800 hodin a restartoval 34krát. Rychlost byla změněna na 699,6  m / s a 11,4 kilogramů xenonu bylo spotřebováno.

Létání nad asteroidem Braillova písma

Během letu přes Braillovo písmo musí Deep Space 1 fotografovat a provádět spektrální analýzy asteroidu pomocí přístroje MICAS, zatímco přístroj PEPE musí měřit poruchy slunečního větru, které by mohly odhalit přítomnost magnetického pole. Předpokládá se, že dopad slunečního větru na povrch asteroidu vylučuje ionty, které lze spektrální analýzou identifikovat a poskytnout tak důležité informace o složení Braillova písma. Očekává se, že vesmírná sonda projde 5-10 kilometrů od asteroidu, což je nejkratší vzdálenost ze všech minulých vesmírných misí. Fotoaparát, co nejblíže k asteroidu, nebude schopen sledovat pohyb Braillova písma a v tuto chvíli se neplánuje pořizovat snímky. Také nejlepší prostorové rozlišení braillských fotografií bude pouze 30 až 50 metrů. Jednu hodinu po přeletu musí vesmírná sonda namířit svoji anténu na Zemi a přenést data shromážděná svými přístroji.

30 dní před přeletem začne MICAS fotografovat oblohu a napájet navigační systém AUTONAV, který provádí korekce s využitím okolních hvězd jako reference. Dva týdny před schůzkou software vesmírné sondy úspěšně provede zkoušku všech operací plánovaných během této události. Ukázalo se však, že povrch asteroidu je mnohem tmavší, než se očekávalo, protože MICAS jej stále nedokáže rozlišit. 40 hodin před průletem se inženýrům podařilo identifikovat Braillovo písmo na fotografiích pomocí korekčního softwaru, který však nebyl k dispozici na palubě vesmírné sondy. Braillovo písmo je asi 430 kilometrů od plánované polohy a na kosmickou sondu je odeslán příkaz, který by měl umožnit korekci trajektorie. 29. července 1999, několik hodin před přeletem, přešla vesmírná sonda dočasně do režimu přežití , což mělo za následek méně přesnou korekci trajektorie. Jak se dalo očekávat, detektor CMOS kamery MICAS, spolehlivější než CCD, se používá v posledních 27 minutách před schůzkou k orientaci nástrojů směrem k asteroidu, který se bude pohybovat asi 26 kilometrů od vesmírné sondy relativní rychlostí 15,5  km / s . Snímač CMOS bohužel nedokáže lokalizovat asteroid na 23 pořízených snímcích a žádný z nástrojů není v době přechodu ukazován na Braillovo písmo. Po analýze dat týmy na zemi jsou k dispozici pouze snímky pořízené CCD kamerou 70 minut před přeletem ve vzdálenosti 40 000 kilometrů, ve kterých asteroid představuje pouze 4 pixely. Kvůli omezené kapacitě velkokapacitní paměti Deep Space 1 byly odstraněny všechny snímky pořízené z menší vzdálenosti, aby se vytvořil prostor pro očekávané snímky ve vysokém rozlišení. Některé informace však bylo možné vyvodit z analýzy infračerveného spektra provedeného po přeletu. Celkově byl přelet považován za vědecký neúspěch, částečně kvůli neočekávaným vlastnostem asteroidu, ale částečně také kvůli nedostatečné přípravě pozemních posádek.

Prodloužení mise

Primární mise skončila 18. září 1999, ale NASA se rozhodla ji prodloužit o dva roky uvolněním 9,6 milionů USD. Bylo dosaženo technologických cílů, nyní mají přednost vědecké cíle. Cílem rozšířené mise je letět nad kometou Wilson-Harrington v lednu 2001 relativní rychlostí 15,8  km / s, poté nad kometou Borrelly v září 2001. Wilson-Harrington byl poprvé objeven v roce 1949 a poté znovu objeven v roce 1979 jako kometa překlasifikovaná na asteroid protože již nevykazují vlastnosti komety během následných pozorování. Velikost jádra se odhaduje na 4 kilometry. Průlet slibuje, že bude obtížný, protože k němu musí dojít v době blízké sluneční konjunkci, to znamená, když slunce zasáhne mezi vesmírnou sondou a Zemí přerušující komunikaci. Borrely objevená v roce 1904 Marseillais Alphonse Louis Nicolas Borrelly je typická kometa s periodicitou 6,9 roku, kterou lze pozorovat na každém z jejích průchodů blízko Slunce. Jeho oběžná dráha je dobře známá a pozorování provedená pomocí Hubblova dalekohledu v roce 1994 umožnila určit její vlastnosti: má podlouhlý tvar (8,8 × 3,6  km ) a doba rotace je 25 hodin. Jeho sklon vzhledem k rovině ekliptiky je 30 ° a jeho perigeum (bod oběžné dráhy blízko Slunce) se nachází mezi oběžnými dráhami Marsu a Země.

Selhání vyhledávače hvězd

Na začátku srpna 1999, několik desítek hodin po přeletu Braillova písma, byl restartován iontový motor Deep Space 1, aby byly ponechány všechny možnosti otevřené v případě prodloužení mise. Aby dosáhl svého prvního cíle, byl 20. října vypnut motor a vesmírná sonda nyní sleduje setrvačnou trajektorii. Iontový motor dosud pracoval 3 571 hodin, zrychlil sondu na 1,32  km / s a spotřeboval 21,6  kg xenonu. 11. listopadu 1999 zasáhlo kosmickou sondu velmi vážné poškození. Hvězda nálezce selže a jak je poskytována žádná redundance se kosmická sonda se automaticky přepne do režimu přežití . Tato nedostupnost připravuje kosmickou sondu o jediné zařízení poskytující data použitá k udržení její pevné orientace vzhledem ke hvězdám. Vesmírná sonda se začne pomalu otáčet (1 otáčka za hodinu), přičemž udržuje povrch solárních panelů kolmo ke směru Slunce. Přístroj PEPE se automaticky vypnul, aniž by věděl, zda tato událost souvisí s poruchou vyhledávače hvězd. Ti, kdo mají na starosti misi, se rozhodnou opustit průlet komety Wilson-Harrington a pokusit se provést průlet Borrelly navzdory nedostupnosti hledače hvězd. Na konci roku 1999, je iontová motor spotřebováno 22  kg xenonu a zároveň poskytuje delta-v o 1300  m / s .

Úředníci kosmické agentury uvažují o zastavení mise, protože se zdá, že neexistuje řešení, jak obejít selhání vyhledávače hvězd . Přijatý nový režim stabilizace neumožňuje použití antény s vysokým ziskem , protože již není namířena na Zemi, což výrazně omezuje objem přenášených dat. Nakonec v polovině ledna 2000 je do rotačního pohybu vesmírné sondy zavedena nutace (oscilace osy otáčení), která umožňuje přerušovaně namířenou anténu s vysokým ziskem směrem k Zemi. Na Zemi lze přenést velké množství dat o stavu vesmírné sondy i některá vědecká data, která zůstala uložena v hromadné paměti vesmírné sondy.

Inženýři na zemi se rozhodnou překonfigurovat systém řízení polohy tak, aby mohl používat snímky poskytované kamerou MICAS namísto vyhledávače hvězd. Tato modifikace je složitá, protože zorné pole kamery je mnohem užší než zorné pole hledače hvězd. Pro zbytek mise je vybrána relativně jasná referenční hvězda, která se nazývá „thrustar“. Od nynějška systém řízení polohy pravidelně upravuje orientaci vesmírné sondy tak, aby směřovala osu kamery MICAS směrem k této hvězdě a poté spouštěla ​​její pořízení. Po odečtení hvězdného pozadí program změří rozdíl mezi polohou hvězdy pozorovanou na fotografii a předpovídanou, poté v závislosti na výsledku pošle povely do pohonného systému k opravě orientace Deep Space 1. Tento vývoj software , který trvá 4 měsíce, kompletní a s sebou nese dodatečné náklady US $ 800,000, je naléhavě nutné, protože kosmická sonda musí bezpodmínečně začít fungovat opět před začátkem července, aby byl schopen provádět manévry umožňující přelety od Borrelly. Průlet komety Wilson-Harrington byl mezitím opuštěn, protože kosmická sonda již nemá čas na manévrování s jeho provedením. Nová verze softwaru pro řízení postoje je stažena na konci května. Modifikace byla úspěšná a 28. června, týden před termínem, byl restartován iontový motor, aby se změnila trajektorie a umožnilo zachycení Borrelly. Ale nastává další problém. Vzhledem k tomu, že vyhledávač hvězd selhal, kosmická sonda spotřebovala velkou část hydrazinu spáleného svými malými raketovými motory pro správnou orientaci a zbývá jen třetina původního množství (31  kg ). Aby se snížila spotřeba hydrazinu, inženýři se rozhodnou pro korekci orientace trvale používat iontový motor, který je mírně řiditelný. Když kosmická sonda nepoužívá iontový motor ke korekci trajektorie, stále se používá s výrazně sníženým tahem, aby se ušetřil hydrazin. V důsledku tohoto rozhodnutí kosmická sonda překonala 17. srpna rekord v nejdelší době nepřetržitého používání pohonného systému ve vesmíru (162 dní). Tento rekord vytvořil experimentální satelit SERT 2 . Mezi koncem října a koncem listopadu 2000 prošla vesmírná sonda za Sluncem a iontový motor se již nepoužíval, s výjimkou řízení polohy. 2. ledna iontový motor opět pracoval na plný výkon. Na začátku května dosáhla vesmírná sonda své trajektorie, která by jí měla umožnit zachytit kometu a iontový motor se používá pouze pro řízení polohy.

Přelet nad kometou Borrelly

Průlet komety Borrelly, na rozdíl od braillského asteroidu, je pozemní posádkou pečlivě připraven. Program stažený počátkem března na palubu Deep Space 1 byl navržen tak, aby kosmická sonda dokázala samostatně rozpoznat jádro komety na obrázcích pořízených kamerou MICAS. Deep Space 1 nebyl navržen tak, aby odolal nárazům částic ocasu komety a jeho solární panely by mohly být během přeletu vážně poškozeny. Vedoucí mise se rozhodli přesunout vesmírnou sondu 2 000 kilometrů od jádra, což dává vesmírné sondě přiměřenou šanci na přežití, aniž by byly ohroženy vědecké výsledky. Několik dalekohledů, včetně Hubblova kosmického dalekohledu , je namířeno na kometu, aby vylepšila její polohu a umožnila vědomě korigovat trajektorii Deep Space 1.

Vědecká pozorování začínají 22. září, 12 hodin před průletem: přístroj PEPE (měření elektronů a iontů) začíná detekovat ionty produkované kometou ve vzdálenosti 588 000 km od ní, zatímco rázová vlna slunečního větru s ocas komety je identifikován 152 000 km daleko 2 a půl hodiny před přeletem. V době průletu je kometa, která prošla nejbližším bodem ke Slunci jen o 8 dní dříve, v plné aktivitě a při působení Slunce vypouští plyny. První snímky pořízené kamerou MICAS 83 minut před přeletem ukazují úzký prachový paprsek široký několik kilometrů a dlouhý 100 kilometrů, který svírá se směrem Slunce úhel 30 °. Od t-32 minut (doba vznášení) jsou pořizovány dva obrazy jádra každou minutu. Pro úsporu místa v paměti jsou zachovány pouze pixely obklopující jádro. Pořízeno je celkem 52 snímků Borrelly. Deep Space 1 prochází nejblíže ke kometě ve 22:30 UTC relativní rychlostí 16,6  km / s a vzdáleností přibližně 2 171 km. Aby se ušetřil hydrazin, po přeletu a 30 minutách po něm vesmírná sonda změní svoji orientaci, aby nasměrovala anténu s vysokým ziskem na Zemi a přenesla shromážděná data, se nezachytí žádný snímek.

Deep Space 1 je teprve druhou misí po evropské vesmírné sondě Giotto, která úspěšně vyfotografovala jádro komety zblízka. Nejpodrobnější fotografie je pořízena 170 sekund před nejbližším průletem, když byla vesmírná sonda 3 556 km od jádra. Prostorové rozlišení , což je 47 metrů na pixel, umožňuje rozlišit tvar blížící že bowlingové kolíkem, který by je 8  km dlouhý a 3,2 km široký. Pořízené fotografie ukazují četné tmavé kruhové dutiny o průměru 200 až 300 metrů, které nejsou krátery, ale spíše nepravidelnosti v zemi způsobené zhroucením nebo sublimačním procesem . Povrch je posetý dutinami, hřebeny, kopci, pruhy a hrboly, které, jak se zdá, vyplývají z minulých jevů sublimace. Aktivní oblasti (jsou odplyňovány) představují pouze asi 10% celkového povrchu. Jádro je obzvláště tmavé, obvykle odráží pouze 3% světla. Borrellyho snímky proto potvrzují, že povrch komet není na rozdíl od povrchu asteroidů formován dopady, ale v zásadě jevy sublimace. 157 sekund před nejbližším průchodem komety, ve vzdálenosti 2910 km, jsou v infračervené oblasti shromážděna elektromagnetická spektra jádra . Nebyla detekována žádná stopa po vodním ledu, ale všechna spektra obsahují absorpční pás, který by mohl odpovídat směsi uhlovodíků. Spektrální data použité odvodit teplotu oblasti, která je mezi 30  ° C (v blízkosti zakončení ) a 70  ° C . Měření složení ocasu komety naznačují přítomnost velkého počtu iontů odvozených z molekuly vody, jejichž koncentrace dosahuje svého maxima (90%) ve vzdálenosti 1 500 km od jádra. Vesmírná sonda přežije křížení ocasu bez poškození: na anténu nástroje PEPE je zaznamenáno 17 nárazů během 4 odlišných období trvajících každé 0,5 sekundy.

Konec mise

8. října začíná nová fáze mise, během níž se opakují některé testy provedené na začátku mise, aby se posoudila úroveň degradace po 3letém pobytu ve vesmíru. Činnost iontového motoru se kontroluje při různých úrovních tahu. Nástroj PEPE je stále v chodu. U zbývající části mise se uvažuje o několika možnostech, ale množství zbývajících pohonných látek je velmi nízké. Odhaduje se, že zbývající hydrazin umožňuje prodloužení mise pouze na 3 měsíce a množství xenonu umožňuje iontovému motoru běžet velmi nízkou rychlostí pouze 3 měsíce. Ti, kteří mají na starosti, se rozhodnou misi zastavit a 22. září 2001 je vyslán povel k vesmírné sondě, aby přestal vysílat. V březnu 2002 se inženýři JPL neúspěšně pokusili znovu připojit k vesmírné sondě, aby provedli testy v pásmu Ka. Vesmírná sonda pokračuje ve svém kurzu na heliocentrické oběžné dráze astronomické jednotky 1,22 x 1,46. Iontový motor během 3 let fungoval celkem 678 dní, spotřeboval 73,4  kg xenonu a zrychlil vesmírnou sondu na 4,3  km / s .

Technické vlastnosti Deep Space 1

Plošina

Sonda Deep Space 1 se skládá z plošiny ve tvaru kvádru o rozměrech 1,1 × 1,1 × 1,5  m, jejíž konstrukce je vyrobena z hliníku. Většina zařízení je připevněna k vnější straně konstrukce vesmírné sondy pro snadný přístup a výměnu během montáže a testování. Rozměry vesmírné sondy s rozmístěnými nástroji a anténami dosahují 2,5 × 2,1 × 1,7  m . Spuštění hmotnost je 486,3  kg , včetně 31.1  kg z hydrazinu používaných motorů ovládajících orientaci a 81,5  kg z xenonu používané iontové motoru, která představuje hlavní pohon. Deep Space 1 má dvě nastavitelná křídla, každé vyrobené ze 4 solárních panelů pokrytých experimentálními fotovoltaickými články (experiment SCARLETT II). Každý solární panel má plochu 160  cm x 113  cm a celkové rozpětí solárních panelů rozmístěných na oběžné dráze je 11,75 metrů. Solární panely poskytují na začátku mise 2 500 W při 1  AU , z čehož 2 100 W využívá iontový motor, když běží. Energie je uložena v 24 ah nikl vodíku baterie dodávané Phillips Laboratory o letectva Spojených států .

Unikátní iontový motor je instalován ve spodní části vesmírné sondy, uprostřed adaptačního prstence, který umožňuje připojení vesmírné sondy k jejímu odpalovacímu zařízení , zatímco antény a většina senzorů přístroje jsou připojeny k opačnému konci. Kosmická sonda je stabilizována ve 3 osách . Jeho orientace se určuje pomocí vyhledávače hvězd , solárního kolektoru a inerciální jednotky pomocí laserových gyroskopů . Opravy orientace se provádějí pomocí malých raketových motorů spalujících hydrazin . Pro komunikaci se Zemí má kosmická sonda pevnou anténu s velkým ziskem o průměru 27,4  cm s relativně otevřeným paprskem (6 °), tři antény s nízkým ziskem, tyto čtyři antény se používají v pásmu X a anténa klaksonu v pásmu Ka , všechny namontované na horní části sondy a anténa s nízkým ziskem namontovaná na základně. Data jsou přenášena na zem s maximální rychlostí 20 kilobitů za sekundu.

Při použití filozofie nízkých nákladů je anténa s vysokým ziskem náhradním dílem pro misi Mars Pathfinder . Zařízení je pokud možno zakoupeno z police. Na rozdíl od současné praxe navíc není u většiny zařízení poskytována žádná redundance využívající zavedenou technologii. Zejména o řízení polohy se starají pouze malé raketové motory spalující hydrazin.

Iontový motor NSTAR

Hlavní pohon je podporován iontovým motorem (mřížkou) nazvaným NSTAR ( NASA Solar Electric Propulsion (Technology Applications Readiness ) namontovaným na spodní části platformy sondy. Stroj, jehož mřížka (ekvivalent trysky klasické rakety) motor) má průměr 30  cm má ionizační komoru, do které je vstřikován xenon . Elektrony emitované katodou ionizují xenon tím, že trhají elektrony z jeho atomů a transformují je na ionty s kladným nábojem. Iony jsou urychlovány mřížka přivedená na 1280 voltů při rychlosti 40  km / s a je vyhozena do vesmíru. Motor poskytuje maximální tah 0,09 newtonů se spotřebou energie 2 500 wattů. Vyvinutá síla je přibližně stejná jako hmotnost listu papír položený na ruce. Orientaci osy tahu lze změnit maximálně o 5 ° (otáčením celého motoru o dva stupně volnosti) orientace vesmírné sondy, ale v praxi nebude tato funkce během mise nikdy použita. Tah lze modulovat pomocí 120 kroků snižujících spotřebovanou elektrickou energii. Minimální tah s hodnotou 0,019 N. se získá spotřebou 500 wattů. Účinnost iontového motoru je 10krát vyšší než u konvenčního chemického raketového motoru, to znamená, že umožňuje zvýšit rychlost kosmické lodi 10krát více se stejným množstvím pohonných látek . Bez použití iontového pohonu a některých dalších experimentálních zařízení se odhadovalo, že by vesmírná sonda vážila kolem 1300  kg . Vesmírná sonda nese sadu měřicích přístrojů IPS / IDS ( Ion Propulsion System Diagnostic Subsystem ), které analyzují dopad iontového pohonu na jeho bezprostřední prostředí. IPS / IDS zahrnuje 12 senzorů včetně dvou magnetometrů a přístroje pro měření plazmových vln .

Výsledek

Celá mise stála 160 milionů dolarů, z toho 95 milionů na vývoj a konstrukci vesmírné sondy, 43 milionů na start, 10 milionů na provozní náklady během prodloužení mise v období od září 1999 do prosince 2001 a přibližně 4 miliony na vědeckou aspekty. Tato cena zahrnuje vývoj některých nových testovaných zařízení. Získané výsledky jsou pozoruhodné vzhledem k nízkým nákladům na misi a velmi krátkému vývojovému cyklu (39 měsíců mezi zahájením návrhu a spuštěním). Navzdory mnoha problémům, ke kterým došlo během mise, dosáhla vesmírná sonda všech svých cílů validací všech nových palubních technologií. Ionový pohon konkrétněji ukázal, že je vhodný pro meziplanetární misi: motor fungoval během všech asi 15 300 hodin, což je 77násobek minimálního cíle stanoveného pro misi, aby byla kvalifikována jako úspěch. Pohon zrychlil vesmírnou sondu na 4,2 kilometru za sekundu a spotřeboval pouhých 70 kilogramů xenonu . Deep Space 1 také shromáždil vědecké informace bezkonkurenční kvality na kometách během průletu Borrelly . Technologie ověřené díky Deep Space 1 našly praktické aplikace v mnoha následujících misích:

Poznámky a odkazy

  1. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  196
  2. Soubor mise pro tisk (presskit) , str.  24-26
  3. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  196-197
  4. (in) "  Deep Space 1  " na National Space Science Data Center (NDDSC) , NASA (přístupné dne 10. listopadu 2012 )
  5. (in) ), „  Deep Space 1  “ na portálu EO , Evropská kosmická agentura (zpřístupněno 9. září 2018 )
  6. Press kit (presskit) , str.  28
  7. (in) „  Miniaturní integrovaný kamerový spektrometr (MICAS)  “ v Národním datovém centru pro vesmírné vědy (NDDSC) , NASA (přístup k 10. listopadu 2012 )
  8. (in) Larry Soderblom et al. , "  Advanced Technologies Miniaturní integrovaná kamera a spektrometr (slída)  " , NASA / JPL ,Únor 2000, str.  1-6 ( číst online )
  9. (in) „  Plasma Experiment for Planetary Exploration (ECCE)  “ na National Space Science Data Center (NDDSC) , NASA (zpřístupněno 10. listopadu 2012 )
  10. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  202
  11. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  202-203
  12. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  203
  13. (en) „  Deep Space 1: Quick Facts  “ , na Deep Space 1 , NASA / JPL (přístup 10. září 2018 )
  14. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  203-205
  15. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  205
  16. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  206-207
  17. (en) „  Deep Space 1  “ , NASA (přístup 10. listopadu 2012 )
  18. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  207-208
  19. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  208
  20. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  209
  21. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  209-210
  22. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  210
  23. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  210-211
  24. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  211-214
  25. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  214-215
  26. Press kit (Presskit) , str.  32
  27. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  197
  28. Deep Space 1 Telecommunications , str.  19
  29. Robotický průzkum sluneční soustavy Část 3 Wows and Woes 1997-2003 , str.  198-200
  30. (in) Marc D. Rayman (NASA / JPL), „  Úspěšný závěr mise Deep Space 1: důležité výsledky honosné bez názvu  “ , NASA / JPL2003
  31. (in) Marc D. Rayman (NASA / JPL), „  Mission log: 11. listopadu 2001  “ , NASA / JPL11. listopadu 2001

Bibliografie

Dokument použitý k napsání článku : dokument použitý jako zdroj pro tento článek.

NASAjiný

Podívejte se také

Související články

externí odkazy