Deep Space 1 -Deep Space 1
.png) Conceito artístico de Deep Space 1
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| Tipo de missão | Demonstrador de tecnologia | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Operador | NASA / JPL | ||||||||
| COSPAR ID | 1998-061A | ||||||||
| SATCAT nº | 25508 | ||||||||
| Local na rede Internet | http://www.jpl.nasa.gov/missions/deep-space-1-ds1/ | ||||||||
| Duração da missão | Final: 3 anos, 1 mês, 24 dias | ||||||||
| Propriedades da espaçonave | |||||||||
| Fabricante | Orbital Sciences Corporation | ||||||||
| Massa de lançamento | 486 kg (1.071 lb) | ||||||||
| Massa seca | 373 kg (822 lb) | ||||||||
| Dimensões | 2,1 × 11,8 × 2,5 m (6,9 × 38,6 × 8,2 pés) | ||||||||
| Poder | 2.500 watts | ||||||||
| Início da missão | |||||||||
| Data de lançamento | 24 de outubro de 1998, 12h08 UTC | ||||||||
| Foguete | Delta II 7326 | ||||||||
| Local de lançamento | Cabo Canaveral SLC-17A | ||||||||
| Fim da missão | |||||||||
| Disposição | Descomissionado | ||||||||
| Desativado | 18 de dezembro de 2001, 20:00 UTC | ||||||||
| Passagem aérea de 9969 Braille | |||||||||
| Abordagem mais próxima | 29 de julho de 1999, 04:46 UTC | ||||||||
| Distância | 26 km (16 mi) | ||||||||
| Passagem aérea de 19P / Borrelly | |||||||||
| Abordagem mais próxima | 22 de setembro de 2001, 22:29:33 UTC | ||||||||
| Distância | 2.171 km (1.349 mi) | ||||||||
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 Logotipo da missão DS1 | |||||||||
Deep Space 1 ( DS1 ) foi um NASA demonstração de tecnologia nave espacial que voou por um asteróide e um cometa . Fazia parte do Programa Novo Milênio , dedicado a testar tecnologias avançadas.
Lançada em 24 de outubro de 1998, a espaçonave Deep Space 1 sobrevoou o asteróide 9969 Braille , que era seu principal alvo científico. A missão foi estendida duas vezes para incluir um encontro com o cometa 19P / Borrelly e mais testes de engenharia. Problemas durante seus estágios iniciais e com seu rastreador de estrelas levaram a mudanças repetidas na configuração da missão. Enquanto o sobrevôo do asteróide foi apenas um sucesso parcial, o encontro com o cometa recuperou informações valiosas. Três das doze tecnologias a bordo tiveram que funcionar dentro de alguns minutos de separação do foguete para a missão continuar.
A série Deep Space foi continuada pelas sondas Deep Space 2 , que foram lançadas em janeiro de 1999 nas costas da Mars Polar Lander e tinham como objetivo atingir a superfície de Marte (embora o contato tenha sido perdido e a missão falhou). Deep Space 1 foi a primeira espaçonave da NASA a usar propulsão iônica em vez dos tradicionais foguetes movidos a produtos químicos.
Tecnologias
O objetivo do Deep Space 1 era o desenvolvimento de tecnologia e validação para missões futuras; 12 tecnologias foram testadas:
- Propulsão Solar Elétrica
- Matrizes de Concentradores Solares
- Estrutura multifuncional
- Câmera integrada miniatura e espectrômetro de imagem
- Espectrômetro de íons e elétrons
- Transponder para pequenos espaços profundos
- Amplificador de potência de estado sólido Ka-Band
- Operações do Beacon Monitor
- Agente Remoto Autônomo
- Eletrônica de baixa potência
- Módulo de acionamento e comutação de energia
- Navegação Autônoma
O sistema Autonav, desenvolvido pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA , obtém imagens de asteróides brilhantes conhecidos . Os asteróides no Sistema Solar interno se movem em relação a outros corpos a uma velocidade perceptível e previsível. Assim, uma espaçonave pode determinar sua posição relativa rastreando tais asteróides no fundo da estrela, que parece fixo em tais escalas de tempo. Dois ou mais asteróides permitem que a espaçonave triangule sua posição; duas ou mais posições no tempo permitem que a espaçonave determine sua trajetória. As espaçonaves existentes são rastreadas por suas interações com os transmissores da NASA Deep Space Network (DSN), na verdade um GPS inverso . No entanto, o rastreamento de DSN requer muitos operadores qualificados, e o DSN está sobrecarregado por seu uso como uma rede de comunicações. O uso do Autonav reduz o custo da missão e as demandas de DSN.
O sistema Autonav também pode ser usado ao contrário, rastreando a posição dos corpos em relação à espaçonave. Isso é usado para adquirir alvos para os instrumentos científicos. A espaçonave é programada com a localização aproximada do alvo. Após a aquisição inicial, o Autonav mantém o assunto no quadro, até mesmo comandando o controle de atitude da espaçonave. A próxima espaçonave a usar o Autonav foi o Deep Impact .
SCARLET concentrando painel solar
A energia primária para a missão foi produzida por uma nova tecnologia de painel solar, o Solar Concentrator Array com Refractive Linear Element Technology (SCARLET), que usa lentes Fresnel lineares feitas de silicone para concentrar a luz solar nas células solares. A ABLE Engineering desenvolveu a tecnologia do concentrador e construiu o painel solar para DS1, com a Entech Inc, que forneceu a óptica de Fresnel, e o NASA Glenn Research Center . A atividade foi patrocinada pela Organização de Defesa de Mísseis Balísticos. A tecnologia de lentes de concentração foi combinada com células solares de junção dupla, que tiveram um desempenho consideravelmente melhor do que as células solares GaAs , que eram o estado da arte na época do lançamento da missão.
Os arrays SCARLET geraram 2,5 quilowatts a 1 UA, com menos tamanho e peso do que os arrays convencionais.
Motor iônico NSTAR
Embora os motores iônicos tenham sido desenvolvidos na NASA desde o final dos anos 1950, com exceção das missões SERT na década de 1960, a tecnologia não havia sido demonstrada em vôo em espaçonaves dos Estados Unidos, embora centenas de motores de efeito Hall tivessem sido usados em veículos soviéticos e Nave espacial russa. Essa falta de um histórico de desempenho no espaço significava que, apesar da economia potencial na massa do propelente, a tecnologia era considerada muito experimental para ser usada em missões de alto custo. Além disso, efeitos colaterais imprevistos da propulsão iônica podem, de alguma forma, interferir em experimentos científicos típicos, como campos e medições de partículas. Portanto, era uma missão primária da demonstração Deep Space 1 mostrar o uso de longa duração de um propulsor de íons em uma missão científica.
O propulsor iônico eletrostático NASA Solar Technology Application Readiness (NSTAR) , desenvolvido na NASA Glenn, atinge um impulso específico de 1000–3000 segundos. Esta é uma ordem de magnitude maior do que os métodos tradicionais de propulsão espacial, resultando em uma economia de massa de aproximadamente metade. Isso leva a veículos de lançamento muito mais baratos. Embora o motor produza apenas 92 millinewtons (0,33 oz f ) de empuxo à potência máxima (2.100 W no DS1), a nave atingiu altas velocidades porque os motores iônicos empurravam continuamente por longos períodos.
A próxima espaçonave a usar motores NSTAR foi Dawn , com três unidades redundantes.
Agente Remoto
O Remote Agent (RAX), software de auto-reparo inteligente remoto desenvolvido no Ames Research Center da NASA e no Jet Propulsion Laboratory, foi o primeiro sistema de controle de inteligência artificial a controlar uma espaçonave sem supervisão humana. O Remote Agent demonstrou com sucesso a capacidade de planejar atividades a bordo e diagnosticar e responder corretamente a falhas simuladas em componentes da espaçonave por meio de seu ambiente REPL embutido. O controle autônomo permitirá que futuras espaçonaves operem a distâncias maiores da Terra e realizem atividades de coleta de dados mais sofisticadas no espaço profundo. Os componentes do software Remote Agent foram usados para oferecer suporte a outras missões da NASA. Os principais componentes do Remote Agent foram um planejador robusto (EUROPA), um sistema de execução de planos (EXEC) e um sistema de diagnóstico baseado em modelo (Livingstone). O EUROPA foi usado como um planejador baseado em solo para os Mars Exploration Rovers . O EUROPA II foi usado para apoiar a sonda Phoenix Mars e o Mars Science Laboratory . Livingstone2 foi pilotado como um experimento a bordo do Earth Observing-1 e em um F / A-18 Hornet no Dryden Flight Research Center da NASA .
Beacon Monitor
Outro método para reduzir as cargas de DSN é o experimento Beacon Monitor . Durante os longos períodos de cruzeiro da missão, as operações da espaçonave são essencialmente suspensas. Em vez de dados, a nave emite um sinal de portadora em uma frequência predeterminada. Sem a decodificação de dados, a portadora pode ser detectada por antenas e receptores de aterramento muito mais simples. Se a espaçonave detecta uma anomalia, ela muda a portadora entre quatro tons, com base na urgência. Os receptores terrestres então sinalizam aos operadores para desviar os recursos DSN. Isso evita que operadores qualificados e hardware caro cuidem de uma missão sem carga operando nominalmente. Um sistema semelhante foi usado na sonda Plutão da New Horizons para manter os custos baixos durante seu cruzeiro de dez anos de Júpiter a Plutão.
SDST
O Small Deep Space Transponder (SDST) é um sistema de comunicações de rádio compacto e leve. Além de usar componentes miniaturizados, o SDST é capaz de se comunicar pela banda K a . Como essa banda é mais alta em frequência do que as bandas atualmente em uso por missões no espaço profundo, a mesma quantidade de dados pode ser enviada por equipamentos menores no espaço e no solo. Por outro lado, as antenas DSN existentes podem dividir o tempo entre mais missões. No momento do lançamento, o DSN tinha um pequeno número de receptores K a instalados em caráter experimental; As operações e missões K a estão aumentando.
O SDST foi mais tarde usado em outras missões espaciais, como o Mars Science Laboratory (o Mars rover Curiosity ).
PEPE
Uma vez em um alvo, o DS1 detecta o ambiente de partículas com o instrumento PEPE (Plasma Experiment for Planetary Exploration). Este instrumento mede o fluxo de íons e elétrons em função de sua energia e direção. A composição dos íons foi determinada usando um espectrômetro de massa de tempo de vôo .
MICAS
O instrumento MICAS (Miniature Integrated Camera And Spectrometer ) combinou imagens de luz visível com espectroscopia infravermelha e ultravioleta para determinar a composição química. Todos os canais compartilham um telescópio de 10 cm (3,9 pol.), Que usa um espelho de carboneto de silício .
Tanto o PEPE quanto o MICAS eram semelhantes em capacidades a instrumentos maiores ou conjuntos de instrumentos em outras espaçonaves. Eles foram projetados para serem menores e exigirem menos energia do que os usados em missões anteriores.
Visão geral da missão
Deep Space 1 · 9969 Braille · Terra · 19P / Borrelly
Antes do lançamento, o Deep Space 1 deveria visitar o cometa 76P / West – Kohoutek – Ikemura e o asteróide 3352 McAuliffe . Por causa do lançamento atrasado, os alvos foram alterados para o asteróide 9969 Braille (na época chamado 1992 KD) e o cometa 107P / Wilson – Harrington . Ele conseguiu um voo de Braille prejudicado e, devido a problemas com o rastreador de estrelas, foi re-encarregado de voar pelo cometa 19P / Borrelly , que foi bem-sucedido. Um sobrevôo do asteróide 1999 KK 1 em agosto de 2002 como outra missão estendida foi considerado, mas não foi avançado devido a questões de custo. Durante a missão, espectros infravermelhos de alta qualidade de Marte também foram obtidos.
Resultados e conquistas
O motor de propulsão iônica falhou inicialmente após 4,5 minutos de operação. No entanto, foi mais tarde restaurado à ação e executado de forma excelente. No início da missão, o material ejetado durante a separação do veículo de lançamento causou um curto-circuito nas grades de extração de íons espaçadas. A contaminação foi finalmente eliminada, pois o material foi erodido por arcos elétricos, sublimado por liberação de gás ou simplesmente deixado à deriva. Isso foi conseguido reiniciando repetidamente o motor em um modo de reparo do motor, formando um arco no material preso.
Pensou-se que o escapamento do motor iônico poderia interferir com outros sistemas da espaçonave, como comunicações de rádio ou instrumentos científicos. Os detectores PEPE tinham uma função secundária para monitorar tais efeitos do motor. Nenhuma interferência foi encontrada, embora o fluxo de íons do propulsor tenha impedido o PEPE de observar íons abaixo de aproximadamente 20 eV.
Outra falha foi a perda do rastreador de estrelas . O rastreador de estrelas determina a orientação da espaçonave comparando o campo estelar com seus mapas internos. A missão foi salva quando a câmera MICAS foi reprogramada para substituir o rastreador de estrelas. Embora o MICAS seja mais sensível, seu campo de visão é uma ordem de magnitude menor, criando uma carga maior de processamento de informações. Ironicamente, o rastreador de estrelas era um componente pronto para uso, que deveria ser altamente confiável.
Sem um rastreador de estrelas em funcionamento, o impulso de íons foi temporariamente suspenso. A perda de tempo de empuxo forçou o cancelamento de um sobrevôo do cometa 107P / Wilson – Harrington .
O sistema Autonav exigia correções manuais ocasionais. A maioria dos problemas estava na identificação de objetos que eram muito escuros ou difíceis de identificar por causa de objetos mais brilhantes que causavam picos de difração e reflexos na câmera, fazendo com que o Autonav identificasse erroneamente os alvos.
O sistema Remote Agent foi apresentado com três falhas simuladas na espaçonave e lidou corretamente com cada evento.
- uma unidade eletrônica com falha, que o Remote Agent consertou reativando a unidade.
- um sensor com falha fornecendo informações falsas, que o Remote Agent reconheceu como não confiável e, portanto, corretamente ignorado.
- um propulsor de controle de atitude (um pequeno motor para controlar a orientação da espaçonave) preso na posição "desligada", que o Agente Remoto detectou e compensou mudando para um modo que não dependia daquele propulsor.
No geral, isso constituiu uma demonstração bem-sucedida de planejamento, diagnóstico e recuperação totalmente autônomo.
O instrumento MICAS foi um sucesso de design, mas o canal ultravioleta falhou devido a uma falha elétrica. Mais tarde na missão, após a falha do star tracker, MICAS assumiu essa função também. Isso causou interrupções contínuas em seu uso científico durante a missão restante, incluindo o encontro do cometa Borrelly.
O sobrevôo do asteróide 9969 Braille foi apenas um sucesso parcial. O Deep Space 1 foi projetado para realizar o sobrevôo a 56.000 km / h (35.000 mph) a apenas 240 m (790 pés) do asteróide. Devido a dificuldades técnicas, incluindo uma falha de software pouco antes da abordagem, a nave passou pelo Braille a uma distância de 26 km (16 mi). Isso, mais o albedo inferior do Braille , significava que o asteróide não era brilhante o suficiente para o Autonav focalizar a câmera na direção certa, e a sessão de fotos foi atrasada em quase uma hora. As imagens resultantes eram desapontadoramente indistintas.
No entanto, o sobrevôo do cometa Borrelly foi um grande sucesso e retornou imagens extremamente detalhadas da superfície do cometa. Essas imagens eram de resolução mais alta do que as únicas imagens anteriores de um cometa - o cometa Halley , tiradas pela espaçonave Giotto . O instrumento PEPE relatou que a interação do vento solar do cometa foi deslocada do núcleo. Acredita-se que isso seja devido à emissão de jatos, que não foram distribuídos uniformemente pela superfície do cometa.
Apesar de não ter escudos de destroços, a espaçonave sobreviveu intacta à passagem do cometa. Mais uma vez, os esparsos jatos de cometas não pareciam apontar para a espaçonave. Deep Space 1 então entrou em sua segunda fase de missão estendida, focada em retestar as tecnologias de hardware da espaçonave. O foco desta fase da missão estava nos sistemas de motores de íons. A espaçonave acabou ficando sem combustível de hidrazina para seus propulsores de controle de atitude. O propulsor iônico altamente eficiente tinha uma quantidade suficiente de propelente restante para realizar o controle de atitude além da propulsão principal, permitindo assim que a missão continuasse.
Durante o final de outubro e início de novembro de 1999, durante a fase pós-Braille da nave espacial com a costa, Deep Space 1 observou Marte com seu instrumento MICAS. Embora este tenha sido um sobrevôo muito distante, o instrumento teve sucesso em capturar vários espectros infravermelhos do planeta.
Status atual
Deep Space 1 teve sucesso em seus objetivos primários e secundários, retornando dados e imagens científicos valiosos. Os motores iônicos do DS1 foram desligados em 18 de dezembro de 2001 aproximadamente às 20:00:00 UTC, sinalizando o fim da missão. As comunicações a bordo foram configuradas para permanecer no modo ativo caso a nave seja necessária no futuro. No entanto, as tentativas de retomar o contato em março de 2002 não tiveram sucesso. Ele permanece dentro do Sistema Solar, em órbita ao redor do Sol.
Estatisticas
- Massa de lançamento: 486 kg (1.071 lb)
- Massa seca: 373 kg (822 lb)
- Combustível: 31 kg (68 lb) de hidrazina para propulsores de controle de atitude; 82 kg (181 lb) de xenônio para o motor iônico NSTAR
- Potência: 2.500 watts, dos quais 2.100 watts alimentam o motor iônico
- Contratante principal: Spectrum Astro , posteriormente adquirido pela General Dynamics e posteriormente vendido à Orbital Sciences Corporation
- Veículo lançador: Boeing Delta II 7326
- Local de lançamento: Complexo de Lançamento Espacial da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral 17A
- Custo total: US $ 149,7 milhões
- Custo de desenvolvimento: US $ 94,8 milhões
- Pessoal:
- Gerente de projeto: David Lehman
- Gerente da missão: Philip Varghese
- Engenheiro-chefe da missão e vice-gerente da missão: Marc Rayman
- Cientista do projeto: Robert Nelson
Veja também
Referências
links externos
- Site do Deep Space 1 da NASA / Jet Propulsion Laboratory
- Site do Deep Space 1 da NASA / Programa do Novo Milênio
- Deep Space 1 da Encyclopedia Astronautica
- Arquivo da missão Deep Space 1 no sistema de dados planetários da NASA, Small Bodies Node