Deep Space 1

Deep Space 1 Eksperimentell
romføler Beskrivelse av dette bildet, også kommentert nedenfor Kunstnerens inntrykk av Deep Space 1 sonden . Generell data
Organisasjon NASA
Bygger Spektrum Astro
Program Nytt årtusen
Felt Teknologi, Studie av mindre himmellegemer
Mission typen Oversikt
Status Oppdrag fullført
Start 24. oktober 1998
Launcher Delta II 7326
Oppdragets slutt 18. desember 2001
COSPAR-identifikator 1998-061A
Nettstedet http://nmp.jpl.nasa.gov/ds1/
Viktigste milepæler
29. juli 1999 Fly over asteroiden Braille
22. september 2001 Fly over kometen Borrelly
Tekniske egenskaper
Messe ved lansering 486,32  kg
Framdrift Jonisk
Ergols Xenon , Hydrazine
Drivstoffmasse 113 kg inkludert 81,5 kg xenon
Av 4,2 km / s
Holdningskontroll 3 akse stabilisert
Energikilde Solcellepaneler
Elektrisk energi 2,5  k W ved 1  AU
Hovedinstrumenter
MICAS Kameraer / spektrometre
PEPE Ion- og elektronspektrometer

Deep Space 1 er et romoppdrag fra romfartsorganisasjonen US , NASA , designet for å teste ny teknologi. Den lanseres den24. oktober 1998 og ender på 18. desember 2001. Denne lille romsonden på 487 kilo er det første fartøyet som har brukt en ionmotor som hovedfremdrift. Deep Space er også det første oppdraget i det nye årtusenprogrammet, hvis mål var å utvikle utstyret som ble brukt av det lille interplanetære romfartøyet som ble pålagt av den nye strategien for utforskning av solsystemet ( raskere, billigere, bedre ).

Deep Space 1 fullførte vellykket sitt oppdrag og demonstrerte spesielt at ionedrivning hadde den utholdenheten som trengs for å drive et langvarig interplanetært oppdrag uten å forstyrre driften av vitenskapelige instrumenter. Romsonden oppnådde også sine sekundære mål ved å fly over asteroiden (9969) blindeskrift og komet Borrelly mens den samlet inn vitenskapelige data og fotografier av disse mindre kroppene.

Kontekst

The New Millenium-programmet

Deep Space 1 er det første romoppdraget fra New Millennium Program (NMP) fra NASA . New Millenium er en del av NASAs nye letestrategi for solsystem implementert av administratoren Daniel Goldin , som består i å utvikle oppdrag som er billigere enn tidligere ( raskere, billigere, bedre ) men plutselig flere. Inntil da ble nye romteknologier testet på operasjonsoppdrag, og utnyttet de svært store budsjettene, for eksempel bruk av flashminner under Cassini- oppdraget . Dette alternativet er ikke lenger mulig i sammenheng med nye oppdrag, som, for å begrense kostnadene, krever bruk av perfekt finpusset teknologi. Imidlertid krever disse nye oppdragene utvikling av nye romteknologier som muliggjør miniatyrisering og kostnadsreduksjon. For å håndtere dette behovet tilbyr Charles Elachi , direktør for JPL-senteret, Goldin et nytt program som samler oppdrag utviklet i ånden av raskere, billigere, bedre og dedikert til kvalifiseringen av disse nye teknikkene før de blir distribuert på mer operasjonelle oppdrag. Disse teknologiene inkluderer spesielt ionedrift . Programmet administreres av Jet Propulsion Laboratory ved NASA. Hovedmålene med disse oppdragene er derfor først og fremst tekniske, med vitenskapelige fordeler som et sekundært mål. I juli 1995 ga den amerikanske kongressen sin godkjenning for lanseringen av New Millennium-programmet, og spesielt for utviklingen av et Deep Space 1-oppdrag viet hovedsakelig til utvikling av ionedrift.

Forskning på ionedrivning ved NASA

Utviklingen av ionisk fremdrift begynte på NASA på 1950-tallet . Doktor Harold Kaufman fra Lewis Research Center (NASA-etablering), bygde den første motoren av denne typen i 1959. I 1964 ble en liten eksperimentell satellitt, Space Electric Rocket Test 1 (SERT 1), sjøsatt av en speiderrakett . En av de to motorene klarte å gå i 31 minutter. SERT 2, også utstyrt med to ionmotorer, ble satt i bane i 1970: den ene av de to motorene gikk i 5 måneder (3 871 timer kontinuerlig), den andre i 3 måneder. Disse tidlige motorene brukte enten cesium eller kvikksølv som drivstoff . Men disse to kjemiske elementene har ulemper, og ingeniørene velger xenon for følgende motorer, noe som er lettere å bruke. På begynnelsen av 1960-tallet arbeidet HRL Laboratories forskningssenter i Malibu ( California ), et datterselskap av luftfartsprodusenten Hughes , også med ionedrift. En første eksperimentell motor fra denne produsenten ble testet ombord på den militære satellitten Geophysics Laboratory's Spacecraft Charging at High Altitude, som ble lansert i 1979. I august 1997 ble en operativ versjon installert om bord på PanAmSat 5- telekommunikasjonssatellitten : ionmotoren ble brukt til å vedlikeholde satellitt i sin geostasjonære posisjon og sjekk orienteringen. Tidlig på 1990-tallet utviklet Jet Propulsion Laboratory og Lewis Research Center i fellesskap NSTAR- ionmotoren for bruk i fremdrift av interplanetære romfartøyer. Lewis Center kjører motoren i et vakuumkammer i 8000 timer. Testene som ble avsluttet i september 1997 var en suksess, og NASA bestemte seg for å utvikle en operasjonell ionisk motor med Hughes for Deep Space 1-oppdraget.

Design og konstruksjon av Deep Space 1

Elektrisk fremdrift ( Solar Electric Propulsion eller SEP) hadde blitt foreslått så tidlig som på 1970-tallet for NASA-solutforskningsoppdrag som ikke krevde brutale bremsemanøvrer (utenfor rekkevidde for denne typen fremdrift) som overflyging av kometer og asteroider (f.eks. Mission Halle / Tempel 2 Comet International Mission). Men til tross for testene som ble utført som en del av SERT-oppdragene, ble denne teknologien ansett som umoden fordi interaksjonen med vitenskapelige instrumenter ble dårlig forstått mens utformingen av oppdrag som brukte denne typen fremdrift, underlagt sterke begrensninger, ikke ble mestret. Deep Space 1, det første oppdraget i det nye årtusenprogrammet , er i første omgang i tankene til designerne et oppdrag å utforske mindre objekter (kometer, asteroider) ment å teste en sterk miniatyrisering av alle komponentene. Målet er at den totale massen ved lansering av romføler skal være mindre enn 100 kilo. En ytterligere studie viser at den kritiske teknologien som gjør det mulig å lette en romføler er elektrisk fremdrift, og Deep Space 1 ble et oppdrag dedikert til kvalifiseringen av denne teknologien. Deep Space 1 bygger også inn et eksperimentelt autonomt navigasjonssystem som bruker stjernenes posisjon for å korrigere banen. JPL-tjenestemenn bestemmer seg for å utvikle dette nye oppdraget på veldig kort tid (36 måneder) med mål om å lansere i juli 1998. Spectrum Astro , et lite selskap fra Arizona , er valgt å bygge plattformen .

Teknologiske mål

Hovedmålet med Deep Space 1 er å validere tolv nye romteknologier og nærmere bestemt bruken av ionedrivning som aldri har blitt brukt som hoveddrift for et interplanetært oppdrag før nå.

NSTAR ion-motor

NSTAR er den første ionemotoren som brukes i et interplanetært oppdrag. Motoren, som er elektrisk drevet av solcellepaneler, er romfølerens viktigste fremdriftssystem.

Solcellepaneler

SCARLET ( Solar Concentrator Array of Refractive Linear Element Technologies ): eksperimentelle solcellepaneler som bruker GaInP2 / GaAs / Ge-typen solceller som er dekket med sylindriske linser som har rollen som både konsentrerende lys og beskyttende celler. Dette linsesystemet øker energien som produseres av solceller med 20% og reduserer derfor massen viet til energiproduksjon.

Romsondens autonomi

Multiplikasjonen av romsonder som følge av den raskere, billigere og bedre strategien fører til en større lastplan for de gigantiske antennene til Deep Space Network . Deep Space 1 tester tre nye teknologier, hvis mål er å tillate romføler å være mer autonome og derfor redusere utveksling med lagene på bakken:

Vitenskapelige instrumenter

Telekommunikasjon

Mikroelektronikk

Vitenskapelige mål

Deep Space 1 er hovedsakelig et oppdrag ment å utvikle ny teknologi, men sekundære vitenskapelige mål, tilpasset de tekniske egenskapene til romsonden, er også definert. Det innebærer å fly over mindre kropper som kretser i baner nær jordens. I følge den opprinnelige planleggingen skulle romføleren fly over asteroiden (3352) McAuliffe i midten av januar 1999 med en relativ hastighet på 6,7  km / s, og i juni 2000 komet 76P / West-Kohoutek-Ikemura med en relativ hastighet på 15  km / s . I april 2000 skulle romføleren fly over Mars og potensielt utføre en kort flytur over Phobos , måne på denne planeten.

Planlagt lanseringsdato er juli 1998, men problemer knyttet til både utvikling av utstyr og utvikling av innebygd programvare krever i mars 1998 å utsette lanseringen til oktober 1998. For å oppnå dette nye målet bestemmer prosjektgruppen å utsette utviklingen av den eksperimentelle Remote Agent- programvaren (som vil lastes ned under oppdraget) etter lanseringen, mens utviklingen av den andre programvaren delvis er basert på programmer produsert for Mars Pathfinder- oppdraget . Utsettelsen av lanseringsdatoen krever endring av de vitenskapelige målene. Fra en liste over 100 mindre kropper velger NASA asteroiden 1992KD som ble oppdaget i 1992 av astronomer ved JPL-senteret. Det er en areatocross asteroide, det vil si hvis bane krysser Mars. Banen endres raskt, og i løpet av få tusen år skulle den bli en asteroide nær jorden (som krysser jordens bane). Spektralanalyse indikerer at det er en av få asteroider av Q-typen som er tilstede i asteroidebeltet . Denne særegenheter og utviklingen av bane gjør den til et spesielt interessant vitenskapelig mål. For å øke offentlig interesse omdøper NASA asteroiden Braille til ære for Louis Braille- oppfinneren av det taktile uthevingssystemet for bruk av blinde mennesker. På den tiden ble asteroiden anslått til å være 3  km lang og langstrakt i form. Den sirkulerer i en bane som har en helning på 28 ° i forhold til ekliptikkplanet . Deep Space 1 skal fly over asteroiden med en relativ hastighet på 15,5  km / s .

Gjennomføring av oppdraget

Start

Lukkingen av det valgte lanseringsvinduet (15. oktober - 10. november 1998) pålegges bare behovet for å frigjøre skyteplaten for lanseringen av Mars Surveyor-sonder ( Mars Climate Orbiter og Mars Polar Lander ). Deep Space 1 lansert den24. oktober 1998fra Cape Canaveral ( Florida ) lanseringsbase av en Delta II 7326-9 Med-Lite rakett , hvor den første ble brukt. Raketten bærer også en studentutviklet SEDSat 1 mikrosatellitt som frigjøres før rakettens tredje etappe skyter. Sistnevnte plasserer romsonden i en heliosentrisk bane på 1 x 1,3 astronomisk enhet . Fra oppdragets start dukker de første problemene opp. Den stjerne finder nekter å arbeide, men de solcellepaneler distribuere riktig, og at repeater bekrefter at banen er som planlagt.

Instrumentkalibrering og transitt til blindeskriftsteroiden

10. november ble den ioniske motoren satt i drift for første gang for en test som var planlagt å vare i 17 timer. Men den slås av etter 4,5 minutter, og alle forsøk på å slå den på mislykkes. Jordingeniører antar at denne avstengningen er forårsaket av en elektrisk kortslutning på grunn av rusk som sitter fast i motorens molybdengitter . De bestemmer seg for å utsette dem for vekslende eksponering for solen og deretter for kulden i rommet som suksessivt forårsaker utvidelse og deretter sammentrekning, og håper at disse operasjonene vil lykkes med å fjerne ruskene. I slutten av november startes den ioniske motoren på nytt og begynner å fungere på nominell måte. De første 10 dagene er skyvet orientert for å maksimere dopplereffekten av signalene som mottas på jorden for å måle motorens ytelse nøyaktig, og deretter blir romsonden orientert for å sette den tilbake på banen til avlytting av asteroiden Braille. Problemene som oppstår tillater ikke at kameraene kalibreres ved hjelp av bilder av jorden og Mars, noe som vil få konsekvenser for den påfølgende operasjonen. Micas kalibreringsoperasjoner viser at ultrafiolett spektrometer som gir ubrukbare data og som, i synlig og infrarødt lys, blir bildene tatt av glimmer kameraer påvirkes av strølys som genereres ved refleksjon av solstråling på visse deler av overflaten. Romsonden. 22. januar gjennomførte prosjektgruppen trykkmodulasjonstester som gjorde det mulig å verifisere at transmisjonene og målingene som ble utført med plasmamåleinstrumentene ikke ble forstyrret av driften av ionmotoren. En større oppdatering av den innebygde programvaren overføres og installeres i februar. Tester som er utført senere med programvarens autonome navigasjon Autonav viser at den fungerer tilfredsstillende. 27. april ble den ioniske motoren stoppet fordi romsonden nå var på en ballistisk bane som skulle tillate den å fly over asteroiden på kort avstand. Siden lanseringen har den ioniske motoren gått i 1800 timer og startet på nytt 34 ganger. Den Hastigheten ble endret til 699,6  m / sek og 11,4 kg xenon var forbrukt.

Fly over asteroiden Braille

Under flyet over blindeskrift må Deep Space 1 ta bilder og utføre spektralanalyser av asteroiden ved hjelp av MICAS-instrumentet, mens PEPE-instrumentet måler forstyrrelser fra solvinden som kan avsløre tilstedeværelsen av et magnetfelt. Det er håpet at innvirkningen av solvinden på overflaten av asteroiden skubber ut ioner som gjennom spektralanalyse kan identifiseres og dermed gi viktig informasjon om sammensetningen av punktskrift. Det forventes at romsonden vil passere 5-10 kilometer fra asteroiden, den korteste avstanden fra alle tidligere romoppdrag. Kameraet, så nær asteroiden som mulig, vil ikke kunne følge punktskriftens bevegelse, og det er ikke planlagt å ta bilder på dette tidspunktet. Også den beste romlige oppløsningen på punktskrift er bare 30 til 50 meter. En time etter overflygingen må romføleren peke antennen mot jorden og overføre dataene som er samlet inn av instrumentene.

30 dager før overflygingen begynner MICAS å ta bilder av himmelen for å mate AUTONAV-navigasjonssystemet som gjør korreksjoner ved hjelp av de omkringliggende stjernene som referanse. To uker før møtet gjennomfører romfartssoftwaren vellykket en repetisjon av alle operasjonene som er planlagt under denne hendelsen. Imidlertid viser overflaten til asteroiden seg å være mye mørkere enn forventet fordi MICAS fremdeles ikke kan skille den. 40 timer før flybyen klarte ingeniørene å identifisere blindeskrift på bildene ved hjelp av korreksjonsprogramvare som ikke var tilgjengelig ombord på romfartssonen. Punktskrift er omtrent 430 kilometer fra den planlagte posisjonen, og en kommando som skal tillate korrigering av banen sendes til romfartssonen. 29. juli 1999, noen timer før overflyvningen, gikk romføleren midlertidig i overlevelsesmodus , noe som resulterte i en mindre presis korrigering av banen. Som forventet ble CMOS-detektoren til MICAS-kameraet, mer pålitelig enn CCD, brukt de siste 27 minuttene før møtet for å orientere instrumentene mot asteroiden, som vil rulle rundt 26 kilometer fra romfartssonen med den relative hastigheten 15,5  km / s . Dessverre klarer ikke CMOS-sensoren å finne asteroiden på de 23 bildene som er tatt, og ingen av instrumentene er pekt på punktskrift på tidspunktet for svevingen. Etter analyse av dataene fra teamene på bakken, er de eneste tilgjengelige bildene tatt av CCD-kameraet 70 minutter før overflyvningen i en avstand på 40.000 kilometer der asteroiden bare representerer 4 piksler. På grunn av den begrensede kapasiteten til Deep Space 1s masseminne, var alle bilder tatt på nærmere avstand slettet for å gi plass til de forventede høyoppløsningsbildene. Noe informasjon var likevel i stand til å bli hentet fra analysen av infrarøde spektra tatt etter overflygingen. Totalt sett ble overflyging betraktet som en vitenskapelig feil delvis på grunn av uventede egenskaper ved asteroiden, men delvis også på grunn av utilstrekkelig forberedelse av bakkemannskapene.

Utvidelse av oppdraget

Det primære oppdraget avsluttet 18. september 1999, men NASA bestemte seg for å forlenge det i to år ved å frigjøre 9,6 millioner dollar. Etter at de teknologiske målene er oppnådd, har de vitenskapelige målene nå forrang. Målet med det utvidede oppdraget er å fly over kometen Wilson-Harrington i januar 2001 med en relativ hastighet på 15,8  km / s og deretter over kometen Borrelly i september 2001. Wilson-Harrington først oppdaget i 1949 og deretter gjenoppdaget i 1979 var en komet omklassifisert asteroide. fordi de ikke lenger viser egenskapene til en komet under påfølgende observasjoner. Størrelsen på kjernen er estimert til 4 kilometer. Overflyget lover å være vanskelig fordi det må skje på et tidspunkt nær en solkonjeksjon, det vil si når solen griper inn mellom romføler og jorden som avbryter kommunikasjonen. Borrely oppdaget i 1904 av Marseillais Alphonse Louis Nicolas Borrelly er en typisk komet med en periodisitet på 6,9 år som kan observeres ved hver av dens passasjer nær solen. Banen er kjent og observasjoner gjort med Hubble-teleskopet i 1994 gjorde det mulig å bestemme egenskapene: den har en langstrakt form (8,8 × 3,6  km ) og rotasjonsperioden er 25 timer. Dens tilbøyelighet med hensyn til ekliptikkplanet er 30 ° og perigee (punktet av bane nær Solen) ligger mellom banene til Mars og jorden.

Starfinner-feil

I begynnelsen av august 1999, noen dusin timer etter overskriften av blindeskrift, var den ioniske motoren i Deep Space 1 startet på nytt for å la alle alternativene være åpne i tilfelle utvidelse av oppdraget. For å nå sitt første mål ble motoren slått av 20. oktober, og romfartssonen følger nå en treghetsbane. Til dags dato har den ioniske motoren gått i 3571 timer, og akselerert sonden til 1,32  km / s og brukt 21,6  kg xenon. 11. november 1999 rammet en veldig alvorlig skade romfartssonden. Den stjerne finder svikter og da ingen redundans er anordnet, går romsonden automatisk inn i overlevelsestilstand . Denne utilgjengeligheten frarøver romsonden det eneste utstyret som gir dataene som brukes for å opprettholde sin faste orientering i forhold til stjernene. Romsonden begynner å rotere sakte (1 omdreining per time), og holder overflaten på solcellepanelene vinkelrett på solens retning. PEPE-instrumentet slås av automatisk uten å vite om denne hendelsen er korrelert med stjernesøkerfeilen. De som er ansvarlige for oppdraget bestemmer seg for å forlate kometen Wilson-Harringtons flyby og forsøke å fly over Borrelly til tross for at stjernesøkeren ikke er tilgjengelig. På slutten av 1999 forbrukte den ioniske motoren 22  kg xenon mens den ga en delta-v på 1300  m / s .

Romfartstjenestemenn vurderer å stoppe oppdraget fordi det ser ut til å være noen løsning for å omgå stjernesøkerfeilen . Den nye stabiliseringsmodusen som er tatt i bruk, tillater ikke bruk av antennen med høy forsterkning , fordi den ikke lenger peker mot jorden, noe som i stor grad begrenser datamengden som overføres. Til slutt i midten av januar 2000 ble en mutasjon (svingning av rotasjonsaksen) introdusert i rotasjonsbevegelsen til romsonden, som gjør det mulig å peke den store forsterkningsantennen med jevne mellomrom mot jorden. En stor mengde data om romfølerens tilstand, samt noen vitenskapelige data som ble værende lagret i masseminnet til romsonden etter feilen, kan overføres til jorden.

Ingeniørene på bakken bestemte seg for å omkonfigurere holdningskontrollsystemet slik at det kunne bruke bildene fra MICAS-kameraet i stedet for stjernesøkeren. Denne modifikasjonen er kompleks fordi kameraets synsfelt er mye smalere enn stjernesøkerens. En relativt lys referansestjerne, kalt en "thrustar", er valgt for resten av oppdraget. Fra nå av endrer holdningskontrollsystemet med jevne mellomrom orienteringen til romsonden for å peke MICAS-kameraets akse mot denne stjernen og utløser deretter å ta et bilde av den. Etter å ha trukket stjernebakgrunnen, måler programmet forskjellen mellom stjernens posisjon som er observert på bildet og den som forutsies, avhengig av resultatet, sender kommandoer til fremdriftssystemet for å korrigere orienteringen av Deep Space 1. Denne utviklingen av den programvaren , som tar 4 måneder å fullføre og medfører en ekstra kostnad på US $ 800 000, er sterkt behov for, fordi romsonden absolutt må være i drift igjen før i begynnelsen av juli, for å være i stand til å utføre manøvrer slik at den overflyging av Borrelly. Flyet fra kometen Wilson-Harrington ble i mellomtiden forlatt fordi romsonden ikke lenger har tid til å manøvrere for å utføre den. Den nye versjonen av holdningskontrollprogramvaren lastes ned i slutten av mai. Modifikasjonen var en suksess, og 28. juni, en uke før fristen, ble ionemotoren startet på nytt for å modifisere banen og tillate avlytting av Borrelly. Men et annet problem oppstår. Siden stjernesøkeren mislyktes, har romføleren fortært mye av hydrazinet som er brent av sine små rakettmotorer for å rette retning, og bare en tredjedel av den opprinnelige mengden (31 kg ) gjenstår.  Eller akkurat nok til transittfasen til Borrelly. For å redusere hydrazinforbruket bestemmer ingeniører seg for å bruke ionemotoren, som er lett styrbar, for å gjøre orienteringskorrigeringer. Når romføleren ikke bruker den ioniske motoren til å korrigere banen, brukes den fortsatt med kraftig redusert trykk for å redde hydrazin. Som et resultat av denne avgjørelsen brøt romtesonden 17. august rekorden for den lengste varigheten av uavbrutt bruk av et fremdriftssystem i rommet (162 dager). Denne rekorden ble satt av den eksperimentelle satellitten SERT 2 . Mellom slutten av oktober og slutten av november 2000 passerte romføleren bak solen, og den ioniske motoren ble ikke lenger brukt bortsett fra holdningskontroll. 2. januar gikk den ioniske motoren igjen med full effekt. I begynnelsen av mai nådde romføleren sin bane som skulle tillate den å fange opp kometen, og den ioniske motoren brukes ikke lenger bortsett fra holdningskontroll.

Fly over kometen Borrelly

Flyet fra kometen Borrelly, i motsetning til asteroiden Braille, er nøye forberedt av bakkemannskapet. Et program som ble lastet ned i begynnelsen av mars ombord på Deep Space 1 ble designet slik at romtesonden autonomt kunne gjenkjenne kometens kjerne på bildene tatt av MICAS-kameraet. Deep Space 1 var ikke designet for å tåle støt fra komethalepartikler, og solcellepanelene kan bli alvorlig skadet under overflyging. Misjonsledere velger å flytte romsonden 2000 kilometer fra kjernen, noe som gir romsonden en rimelig sjanse til å overleve uten at det går ut over vitenskapelige resultater. Flere teleskoper, inkludert Hubble-romteleskopet , er rettet mot kometen for å avgrense sin posisjon og gjøre det mulig å bevisst korrigere banen til Deep Space 1.

Vitenskapelige observasjoner begynner 22. september, 12 timer før flyby: PEPE-instrumentet (måling av elektroner og ioner) begynner å oppdage ionene som produseres av kometen i en avstand på 588 000 km fra den mens sjokkbølgen fra solvinden med halen på kometen identifiseres 152 000 km unna 2 og en halv time før overflyget. På tidspunktet for flyturen er kometen, som passerte det nærmeste punktet til solen bare 8 dager før, i full aktivitet, og utstøter gasser under solens handling. De første bildene tatt av MICAS-kameraet 83 minutter før overflyvningen viser en smal støvstråle noen kilometer bred og 100 kilometer lang, som danner en vinkel på 30 ° med solens retning. Fra t-32 minutter (t svevetid) tas to bilder av kjernen hvert minutt. For å spare lagringsplass i minnet, er det bare pikslene som omgir kjernen. Totalt 52 bilder av Borrelly er tatt. Deep Space 1 passerer nærmest kometen klokka 22:30 UTC med en relativ hastighet på 16,6  km / s og en avstand på omtrent 2171 km. For å lagre hydrazin blir det ikke tatt noe bilde etter overflygingen, og 30 minutter etter dette endrer romføleren retning for å peke sin høyforsterkede antenne mot jorden og overføre de innsamlede dataene.

Deep Space 1 er bare det andre oppdraget etter den europeiske romføleren Giotto for å fotografere kjernen til en komet på nært hold. Det mest detaljerte bildet er tatt 170 sekunder før det nærmeste passet da romføleren var 3556 km fra kjernen. Den romlige oppløsningen , som er 47 meter per piksel, gjør det mulig å skille formen nær en bowlingnål som vil være 8  km lang og 3,2 km bred. Bildene som er tatt viser mange mørke sirkulære hulrom med en diameter på 200 til 300 meter, som ikke er støtkratere, men snarere uregelmessigheter i terreng produsert av kollaps eller sublimeringsprosessen . Overflaten er oversådd med hulrom, rygger, åser, striper og ujevnheter som ser ut til å skyldes tidligere sublimeringsfenomener. De aktive områdene (som avgasses) representerer bare ca. 10% av den totale overflaten. Kjernen er spesielt mørk, og reflekterer vanligvis bare 3% av lyset. Borrellys bilder bekrefter derfor at overflaten til kometer, i motsetning til asteroider , ikke er formet av støt, men hovedsakelig av sublimeringsfenomener. 157 sekunder før kometens nærmeste passasje, i en avstand på 2910 km, samles elektromagnetiske spektra av kjernen i det infrarøde . Ingen spor av vannis påvises, men alle spektra inneholder et absorpsjonsbånd som kan tilsvare en blanding av hydrokarboner. De spektrale data som brukes til å utlede den temperatur i det området som er mellom 30  ° C (i nærheten av terminator ) og 70  ° C . Målinger av kometens hale indikerer tilstedeværelsen av et stort antall ioner avledet fra vannmolekylet, hvis konsentrasjon når sitt maksimale (90%) 1500 km fra kjernen. Romsonden overlever halekryssingen uten skade: 17 støt registreres på PEPE-instrumentets antenne i løpet av 4 forskjellige perioder som varer 0,5 sekunder hver.

Oppdragets slutt

8. oktober begynner en ny fase av oppdraget, der noen av testene som ble utført ved oppdragets start gjentas for å vurdere nedbrytningsnivået etter et 3-årig opphold i verdensrommet. Driften av ionmotoren kontrolleres på forskjellige trykknivåer. PEPE-instrumentet holdes i gang hele tiden. Flere alternativer vurderes for resten av oppdraget, men mengden drivstoffer som er igjen er svært lav. Det anslås at det gjenværende hydrazin bare lar oppdraget utvides i 3 måneder, og mengden xenon lar ionmotoren kjøre med veldig lav hastighet i bare 3 måneder. De ansvarlige bestemte seg for å stoppe oppdraget, og 22. september 2001 ble det sendt en kommando til romsonden for å slutte å sende. I mars 2002 prøvde JPL-ingeniører uten hell å koble til romføler for å utføre Ka-band-tester. Romsonden fortsetter sin forløp i en heliosentrisk bane på 1,22 x 1,46 Astronomisk enhet. Ionmotoren drev totalt 678 dager i løpet av en treårsperiode og forbruket 73,4  kg xenon og akselererte romføler til 4,3  km / s .

Tekniske egenskaper ved Deep Space 1

Plattform

Deep Space 1-sonden består av en parallellpipedformet plattform på 1,1 × 1,1 × 1,5  m hvis struktur er laget av aluminium. Det meste av utstyret er festet på utsiden av romsondestrukturen for enkel tilgang og utskifting under montering og testing. Dimensjonene til romsonden med instrumentene og antennene utplassert når 2,5 × 2,1 × 1,7  m . Lanseringen massen er 486,3  kg herunder 31,1  kg av hydrazin som brukes ved motorer som styrer retningen og 81,5  kg av xenon som brukes av den ioniske motor som utgjør den viktigste fremdrift. Deep Space 1 har to justerbare vinger, som hver består av 4 solcellepaneler dekket med eksperimentelle solceller (SCARLETT II-eksperiment). Hvert solcellepanel har et areal på 160  cm x 113  cm, og det totale spennet når solcellepanelene som er utplassert i bane er 11,75 meter. Solcellepanelene gir 2500 watt ved 1  AU ved oppdragets start, hvorav 2100 watt brukes av ionmotoren når den går. Energien lagres i et 24 ah nikkelhydrogenbatteri levert av Phillips Laboratory of the United States Air Force .

Den unike ioniske motoren er installert i bunnen av romfartsonden, midt i adapterringen som gjør at romføleren kan festes til bæreraketten , mens antennene og de fleste instrumentsensorene er festet i motsatt ende. Romsonden er stabilisert 3 akser . Orienteringen bestemmes ved hjelp av en stjernesøker , en solfanger og en treghetsenhet ved bruk av lasergyroskoper . Orienteringskorreksjoner gjøres ved hjelp av små rakettmotorer som brenner hydrazin . For kommunikasjon med jorden har romføleren en fast antenne med stor forsterkning 27,4  cm i diameter med en relativt åpen stråle (6 °), tre antenner med lav forsterkning, disse fire antennene brukes i X-bånd og en hornantenn i Ka-båndet , alt montert på den øvre delen av sonden og en antenne med lav forsterkning montert på basen. Dataene overføres til bakken med en maksimal hastighet på 20 kilobit / sekund.

Ved anvendelse av lavprisfilosofien er høyforsterkningsantennen en reservedel for Mars Pathfinder- oppdraget . Utstyret er, så langt det er mulig, kjøpt ut av hyllen. I motsetning til gjeldende praksis gis det dessuten ingen redundans for det meste av utstyret ved bruk av etablert teknologi. Spesielt håndteres holdningskontroll bare av små rakettmotorer som brenner hydrazin.

NSTAR-ionmotoren

Hovedfremdriften støttes av en ionisk motor (rutenett) kalt NSTAR ( NASA Solar Electric Propulsion (Technology Applications Readiness ) montert på den nedre delen av sondens plattform . Maskinen hvis rutenett (tilsvarer dysen til en klassisk rakett) motor) har en diameter på 30  cm har et ioniseringskammer der xenon injiseres. Elektroner som sendes ut av en katode ioniserer xenonet ved å rive elektronene fra atomene og transformere dem til ioner med en positiv ladning. ionene akselereres med en rutenett brakt til 1280 volt med en hastighet på 40  km / s og kastes ut i rommet. Motoren gir et maksimalt trykk på 0,09 newton med et strømforbruk på 2 500 watt. Kraften som utøves er omtrent lik vekten av et ark med papir plassert på hånden. Retningen på trykkaksen kan endres maksimalt 5 ° (ved å rotere hele motoren med to frihetsgrader) for å korrigere orientering av romsonden, men i praksis vil denne funksjonen aldri brukes under oppdraget. Drivkraften kan moduleres med 120 trinn for å redusere den forbrukte elektriske energien. Minste skyvekraft med en verdi på 0,019 N. oppnås ved å forbruke 500 watt. Effektiviteten til den ioniske motoren er 10 ganger større enn den for en konvensjonell kjemisk rakettmotor, det vil si at det tillater at romfartøyets hastighet økes 10 ganger mer med samme mengde drivmidler . Uten bruk av ionedrift og noe annet eksperimentelt utstyr ble det anslått at romtesonden ville veid rundt 1300  kg . Romfartssonden har et sett med IPS / IDS ( Ion Propulsion System Diagnostic Subsystem ) måleinstrumenter som analyserer effekten av ionedrift på dets nærmeste miljø. IPS / IDS inkluderer 12 sensorer inkludert to magnetometre og et plasmabølgemåleinstrument .

Resultater

Hele oppdraget kostet 160 millioner dollar inkludert 95 millioner for utvikling og konstruksjon av romfartssonen, 43 millioner for lanseringen, 10 millioner for driftskostnader under utvidelsen av oppdraget mellom september 1999 og desember 2001 og rundt 4 millioner for det vitenskapelige aspekter. Denne kostnaden inkluderer utvikling av noe av det nye utstyret som er testet. De oppnådde resultatene er bemerkelsesverdige med tanke på de lave kostnadene ved oppdraget og den svært korte utviklingssyklusen (39 måneder mellom starten av design og lansering). Til tross for mange problemer som oppstod under oppdraget, oppnådde romføler alle sine mål ved å validere alle de nye innebygde teknologiene. Ionfremdrift har mer spesielt vist at den er egnet for et interplanetært oppdrag: Motoren har fungert i omtrent 15 300 timer, eller 77 ganger det minste målet som er satt for oppdraget å kvalifisere det som en suksess. Framdriften akselererte romfart til 4,2 kilometer i sekundet mens det bare tok 70 kilo xenon . Deep Space 1 samlet også vitenskapelig informasjon av enestående kvalitet på kometer under Borrelly flyby . Teknologiene validert takket være Deep Space 1 har funnet praktiske anvendelser på mange påfølgende oppdrag:

Merknader og referanser

  1. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  196
  2. Oppdragsfil for pressen (presskit) , s.  24-26
  3. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  196-197
  4. (in) "  Deep Space 1  " på National Space Science Data Center (NDDSC) , NASA (åpnet 10. november 2012 )
  5. (in) ), "  Deep Space 1  " på EO Portal , European Space Agency (åpnet 9. september 2018 )
  6. Pressesett (presskit) , s.  28
  7. (in) "  Miniature Integrated Camera Spectrometer (MICAS)  " på National Space Science Data Center (NDDSC) , NASA (åpnet 10. november 2012 )
  8. (i) Larry Soderblom et al. , "  Advanced Technologies Miniature Integrated Camera and Spectrometer (MICAS)  " , NASA / JPL ,Februar 2000, s.  1-6 ( les online )
  9. (in) "  Plasma Experiment for Planetary Exploration (ECCE)  " på National Space Science Data Center (NDDSC) , NASA (åpnet 10. november 2012 )
  10. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  202
  11. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  202-203
  12. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  203
  13. (no) "  Deep Space 1: Quick Facts  " , på Deep Space 1 , NASA / JPL (åpnet 10. september 2018 )
  14. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  203-205
  15. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  205
  16. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  206-207
  17. (no) "  Deep Space 1  " , NASA (åpnet 10. november 2012 )
  18. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  207-208
  19. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  208
  20. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  209
  21. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  209-210
  22. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  210
  23. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  210-211
  24. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  211-214
  25. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  214-215
  26. Pressesett (presskit) , s.  32
  27. Robotisk utforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  197
  28. Deep Space 1 Telecommunications , s.  19
  29. Robotutforskning av solsystemet Del 3 Wows and Woes 1997-2003 , s.  198-200
  30. (i) Marc D. Rayman (NASA / JPL), "  The Successful Conclusion of the Deep Space 1 Mission: Important Results Flashy without a title  " , NASA / JPL2003
  31. (in) Marc D. Rayman (NASA / JPL), "  Mission log: 11. November 2001  " , NASA / JPL11. november 2001

Bibliografi

Dokument brukt til å skrive artikkelen : dokument brukt som kilde til denne artikkelen.

NASAAnnen

Se også

Relaterte artikler

Eksterne linker