Espaço Profundo 1

Deep Space 1
Sonda espacial experimental Descrição desta imagem, também comentada abaixo Impressão artística da sonda Deep Space 1 . Dados gerais
Organização NASA
Construtor Spectrum Astro
Programa Novo milênio
Campo Tecnologia, estudo de objetos celestes menores
Tipo de missão Visão geral
Status Missão completada
Lançar 24 de outubro de 1998
Lançador Delta II 7326
Fim da missão 18 de dezembro de 2001
Identificador COSPAR 1998-061A
Local http://nmp.jpl.nasa.gov/ds1/
Marcos principais
29 de julho de 1999 Voo sobre o asteróide Braille
22 de setembro de 2001 Voo sobre o cometa Borrelly
Características técnicas
Missa no lançamento 486,32  kg
Propulsão Iônico
Ergols Xenon , hidrazina
Massa propelente 113 kg incluindo 81,5 kg de xenônio
Δv 4,2 km / s
Controle de atitude 3 eixos estabilizados
Fonte de energia Painéis solares
Energia elétrica 2,5  k W a 1  AU
Instrumentos principais
MICAS Câmeras / espectrômetros
PEPE Espectrômetro de íons e elétrons

Deep Space 1 é uma missão espacial da agência espacial dos EUA , a NASA , projetada para testar novas tecnologias. É lançado em24 de outubro de 1998 e termina em 18 de dezembro de 2001. Esta pequena sonda espacial de 487 quilogramas é a primeira nave a usar um motor iônico como propulsão principal. Deep Space é também a primeira missão do Programa Novo Milênio cujo objetivo era desenvolver os equipamentos utilizados pelas pequenas espaçonaves interplanetárias impostas pela nova estratégia de exploração do sistema solar ( mais rápido, mais barato, melhor ).

Deep Space 1 cumpriu com sucesso sua missão, demonstrando em particular que a propulsão iônica tinha a resistência necessária para impulsionar uma missão interplanetária de longa duração sem interromper a operação de instrumentos científicos. A sonda espacial também atingiu seus objetivos secundários sobrevoando o asteróide (9969) Braille e o cometa Borrelly, enquanto coletava dados científicos e fotografias desses corpos menores.

Contexto

O programa Novo Milênio

Deep Space 1 é a primeira missão espacial do Programa do Novo Milênio (NMP) da NASA . O Novo Milênio faz parte da nova estratégia de exploração do sistema solar da NASA implementada por seu administrador Daniel Goldin , que consiste em desenvolver missões que são menos caras do que no passado ( mais rápidas, mais baratas, melhores ), mas repentinamente mais numerosas. Até então, novas tecnologias espaciais eram testadas em missões operacionais, aproveitando seus orçamentos muito elevados, como o uso de memórias flash durante a missão Cassini . Esta opção já não é possível no contexto de novas missões, que, para limitar os custos, requerem a utilização de tecnologias perfeitamente afiadas. No entanto, essas novas missões requerem o desenvolvimento de novas tecnologias espaciais que permitam a miniaturização e redução de custos. Para gerenciar essa necessidade, Charles Elachi , diretor do centro JPL, oferece à Goldin um novo programa que reúne missões desenvolvidas no espírito de ser mais rápido, mais barato, melhor e dedicado à qualificação dessas novas técnicas antes de seu desdobramento em missões mais operacionais. Essas tecnologias incluem, principalmente, a propulsão iônica . O programa é gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Os objetivos principais dessas missões são, portanto, principalmente técnicos, sendo os benefícios científicos um objetivo secundário. Em julho de 1995, o Congresso americano deu sua aprovação para o lançamento do Programa do Novo Milênio e, em particular, para o desenvolvimento de uma missão Deep Space 1 dedicada principalmente ao desenvolvimento da propulsão iônica.

Pesquisa sobre propulsão iônica na NASA

O desenvolvimento da propulsão iônica começou na NASA na década de 1950 . O Dr. Harold Kaufman, do Lewis Research Center (estabelecimento da NASA), construiu o primeiro motor deste tipo em 1959. Em 1964, um pequeno satélite experimental, Space Electric Rocket Test 1 (SERT 1), foi lançado por um foguete Scout . Um dos dois motores conseguiu funcionar por 31 minutos. O SERT 2, também equipado com dois motores iônicos, foi colocado em órbita em 1970: um dos dois motores operou por 5 meses (3.871 horas ininterruptas), o outro por 3 meses. Estes motores iniciais utilizados quer césio ou mercúrio como propulsores . Mas esses dois elementos químicos têm desvantagens e os engenheiros escolhem o xenônio para os motores a seguir, que são mais fáceis de usar. No início dos anos 1960, o centro de pesquisa HRL Laboratories localizado em Malibu ( Califórnia ), uma subsidiária da fabricante aeroespacial Hughes , também trabalhava na propulsão iônica. Um primeiro motor experimental deste fabricante foi testado a bordo do satélite militar Geophysics Laboratory's Spacecraft Charging at High Altitude lançado em 1979. Em agosto de 1997, uma versão operacional foi instalada a bordo do satélite de telecomunicações PanAmSat 5: o motor iônico foi usado para manter o satélite na sua posição geoestacionária e verifique a sua orientação. No início da década de 1990, o Jet Propulsion Laboratory e o Lewis Research Center desenvolveram em conjunto o motor de íons NSTAR para uso na propulsão de espaçonaves interplanetárias. O Lewis Center opera o motor em uma câmara de vácuo por 8.000 horas. Os testes que terminaram em setembro de 1997 foram um sucesso e a NASA decidiu desenvolver um motor iônico operacional com Hughes para a missão Deep Space 1.

Projeto e construção do Deep Space 1

A propulsão elétrica (propulsão elétrica solar ou SEP) foi proposta já na década de 1970 para as missões de exploração do sistema solar da NASA que não exigiam manobras de frenagem repentinas (fora do alcance deste tipo de propulsão), como sobrevoo. De cometas e asteróides (por exemplo Mission Halle / Tempel 2 Comet International Mission). Mas, apesar dos testes realizados no âmbito das missões SERT, esta tecnologia foi considerada imatura porque as interações com instrumentos científicos eram mal compreendidas enquanto o desenho das missões utilizando este tipo de propulsão, sujeito a fortes constrangimentos, não era dominado. Deep Space 1, a primeira missão do Programa do Novo Milênio , é inicialmente, na mente de seus designers, uma missão de explorar objetos menores (cometas, asteróides) com o objetivo de testar uma forte miniaturização de todos os componentes. O objetivo é que a massa total no lançamento da sonda espacial seja inferior a 100 quilos. Um estudo posterior mostra que a tecnologia crítica que permite iluminar uma sonda espacial é a propulsão elétrica e Deep Space 1 tornou-se uma missão dedicada à qualificação desta tecnologia. Deep Space 1 também carrega um sistema experimental de navegação autônomo usando a posição das estrelas para corrigir sua trajetória. Funcionários do JPL decidem desenvolver esta nova missão em um prazo muito curto (36 meses) com o objetivo de lançar em julho de 1998. Spectrum Astro , uma pequena empresa do Arizona , é escolhida para construir a plataforma .

Objetivos tecnológicos

O principal objetivo do Deep Space 1 é validar doze novas tecnologias espaciais e mais particularmente o uso da propulsão iônica que nunca foi usada como a principal propulsão de uma missão interplanetária até agora.

Motor iônico NSTAR

NSTAR é o primeiro motor iônico usado em uma missão interplanetária. O motor, movido a energia elétrica por painéis solares, é o principal sistema de propulsão da sonda espacial.

Painéis solares

SCARLET ( Solar Concentrator Array of Refractive Linear Element Technologies ): painéis solares experimentais usando células fotovoltaicas do tipo GaInP2 / GaAs / Ge cobertas por lentes cilíndricas tendo a função de concentrar luz e proteger células. Este sistema de lentes permite aumentar em 20% a energia produzida pelas células solares e, portanto, reduzir a massa dedicada à produção de energia.

Autonomia da sonda espacial

A multiplicação de sondas espaciais resultante da estratégia mais rápida, mais barata e melhor leva a um plano de carga maior para as antenas gigantes da Deep Space Network . Deep Space 1 está testando três novas tecnologias cujo objetivo é permitir que a sonda espacial seja mais autônoma e, portanto, reduzir o intercâmbio com as equipes de solo:

Instrumentos científicos

Telecomunicações

Microeletrônica

Objetivos científicos

Deep Space 1 é principalmente uma missão destinada a desenvolver novas tecnologias, mas também foram definidos objetivos científicos secundários, adaptados às características técnicas da sonda espacial. Trata-se de voar sobre corpos menores orbitando em órbitas próximas à da Terra. De acordo com o planejamento inicial, a sonda espacial deveria sobrevoar o asteróide (3352) McAuliffe em meados de janeiro de 1999 a uma velocidade relativa de 6,7  km / s , em seguida, em junho de 2000, cometa 76P / West-Kohoutek-Ikemura a uma velocidade relativa de 15  km / s . Em abril de 2000, a sonda espacial deveria sobrevoar Marte e, potencialmente, realizar um curto vôo sobre Fobos , a lua deste planeta.

A data de lançamento planejada é julho de 1998, mas problemas relacionados ao desenvolvimento do equipamento e ao desenvolvimento do software embarcado exigem em março de 1998 o adiamento do lançamento para outubro de 1998. Para cumprir este novo objetivo, a equipe do projeto decide adiar o desenvolvimento do o software experimental Remote Agent (que será baixado durante a missão) após o lançamento, enquanto o desenvolvimento do outro software é parcialmente baseado em programas produzidos para a missão Mars Pathfinder . O adiamento da data de lançamento requer modificação dos objetivos científicos. De uma lista de 100 corpos menores, a NASA seleciona o asteróide 1992KD descoberto em 1992 por astrônomos no centro do JPL. É um asteroide areatocross, ou seja, cuja órbita se cruza com a de Marte. Sua órbita está mudando rapidamente e dentro de alguns milhares de anos ele deve se tornar um asteróide próximo à Terra (cruzando a órbita da Terra ). A análise espectral indica que é um dos poucos asteróides do tipo Q presentes no cinturão de asteróides . Essa peculiaridade e a evolução de sua órbita o tornam um objetivo científico particularmente interessante. Para aumentar o interesse público, a NASA renomeou o asteróide Braille em homenagem ao inventor Louis Braille do sistema de realce tátil para uso por pessoas cegas. Na época, o asteróide foi estimado em 3  km de comprimento e de formato alongado. Ele circula em uma órbita com uma inclinação de 28 ° em relação ao plano da eclíptica . Deep Space 1 deve sobrevoar o asteróide a uma velocidade relativa de 15,5  km / s .

Condução da missão

Lançar

O fechamento da janela de lançamento selecionada (15 de outubro a 10 de novembro de 1998) é apenas imposto pela necessidade de liberação da plataforma de lançamento para o lançamento das sondas Mars Surveyor ( Mars Climate Orbiter e Mars Polar Lander ). Deep Space 1 lançado em24 de outubro de 1998da base de lançamento em Cabo Canaveral ( Flórida ) por um foguete Delta II 7326-9 Med-Lite , que é o primeiro uso. O foguete também carrega um micro satélite SEDSat 1 desenvolvido por estudantes que é lançado antes do terceiro estágio do foguete disparar. Este último coloca a sonda espacial em uma órbita heliocêntrica de 1 x 1,3 Unidade Astronômica . Desde o início da missão aparecem os primeiros problemas. O localizador de estrelas se recusa a funcionar, mas os painéis solares são acionados corretamente e o repetidor confirma que a trajetória está como planejada.

Calibração do instrumento e trânsito para o asteroide Braille

No dia 10 de novembro, o motor iônico foi colocado em operação pela primeira vez para um teste programado para durar 17 horas. Mas ele desliga após 4,5 minutos e todas as tentativas de ligá-lo falham. Os engenheiros de solo presumem que esse desligamento é causado por um curto-circuito elétrico devido a detritos presos nas grades de molibdênio do motor. Eles decidem submetê-los à exposição alternada ao Sol e depois ao frio do espaço que provoca sucessivamente sua expansão e depois sua contração, na esperança de que essas operações consigam desalojar os destroços. No final de novembro, o motor iônico é reiniciado e passa a operar em regime nominal. Nos primeiros 10 dias o empuxo é orientado de forma a maximizar o efeito Doppler dos sinais recebidos na Terra para medir com precisão o desempenho do motor, então a orientação da sonda espacial é modificada de modo a colocá-la de volta na trajetória de interceptação do asteróide Braille. Os problemas encontrados não permitem que as câmeras sejam calibradas a partir de imagens da Terra e de Marte, o que terá consequências no curso posterior das operações. As operações de calibração do MICAS demonstram que o espectrômetro ultravioleta fornece dados inutilizáveis ​​e que, na luz visível e infravermelha, as imagens obtidas pelas câmeras MICAS são afetadas pela luz dispersa gerada pelo reflexo da radiação solar em certas partes da superfície. No dia 22 de janeiro, a equipe do projeto realizou testes de modulação de empuxo que permitiram verificar que as transmissões e medições realizadas com os instrumentos de medição de plasma não foram perturbadas pelo funcionamento do motor iônico. Uma grande atualização do software embutido é transmitida e instalada em fevereiro. Testes realizados posteriormente com o software de navegação autônoma Autonav demonstram que ele está operando de forma satisfatória. Em 27 de abril, o motor iônico foi desligado porque a sonda espacial estava agora em uma trajetória balística que deveria permitir que ela sobrevoasse o asteróide a uma curta distância. Desde o lançamento, o motor iônico operou por 1.800 horas e reiniciou 34 vezes. A velocidade foi alterada para 699,6  m / se 11,4 kg de xenônio foram consumidos.

Voo sobre o asteróide Braille

Durante o voo sobre Braille Deep Space 1 deve-se tirar fotos e realizar análises espectrais do asteróide usando o instrumento MICAS enquanto o instrumento PEPE deve medir as perturbações do vento solar que possam revelar a presença de um campo magnético. Espera-se que o impacto do vento solar na superfície do asteróide ejete íons que por meio de análise espectral possam ser identificados e, assim, fornecer informações importantes sobre a composição do Braille. Espera-se que a sonda espacial passe de 5 a 10 quilômetros do asteróide, a distância mais curta de todas as missões espaciais anteriores. A câmera, o mais próximo possível do asteróide, não será capaz de acompanhar o movimento do Braille e não há previsão de fazer imagens neste momento. Além disso, a melhor resolução espacial das fotos em Braille será de apenas 30 a 50 metros. Uma hora após o sobrevoo, a sonda espacial deve apontar sua antena para a Terra e transferir os dados coletados por seus instrumentos.

30 dias antes do sobrevoo, o MICAS começa a tirar fotos do céu para alimentar o sistema de navegação AUTONAV que faz correções tendo como referência as estrelas circundantes. Duas semanas antes da reunião, o software da sonda espacial realiza com sucesso um ensaio de todas as operações planejadas durante o evento. No entanto, a superfície do asteróide é muito mais escura do que o esperado porque o MICAS ainda não consegue distingui-la. 40 horas antes do sobrevoo, os engenheiros conseguiram identificar o Braille nas fotos usando um software de correção que não estava disponível a bordo da sonda espacial. O Braille está a cerca de 430 quilômetros da posição planejada e um comando que deve permitir a correção da trajetória é enviado à sonda espacial. Em 29 de julho de 1999, poucas horas antes do sobrevoo, a sonda espacial entrou temporariamente em modo de sobrevivência , o que resultou em uma correção de trajetória menos precisa. Como esperado, o detector CMOS da câmera MICAS, mais confiável que o CCD, é usado nos últimos 27 minutos antes da reunião para orientar os instrumentos em direção ao asteróide que irá rolar cerca de 26 quilômetros da sonda espacial na velocidade relativa de 15,5  km / s . Infelizmente o sensor CMOS não consegue localizar o asteróide nas 23 imagens tiradas e nenhum dos instrumentos está apontado para Braille no momento do hover. Após a análise dos dados pelas equipes em solo, as únicas imagens disponíveis são as tiradas pela câmera CCD 70 minutos antes do sobrevoo a uma distância de 40.000 quilômetros em que o asteróide representa apenas 4 pixels. Devido à capacidade limitada da memória de massa do Deep Space 1, todas as imagens tiradas a uma distância mais próxima foram excluídas para abrir espaço para as imagens de alta resolução esperadas. No entanto, algumas informações puderam ser obtidas a partir da análise dos espectros infravermelhos obtidos após o sobrevoo. No geral, o sobrevoo foi considerado uma falha científica, em parte devido às características inesperadas do asteróide, mas também devido à preparação insuficiente das equipes de terra.

Extensão da missão

A missão principal terminou em 18 de setembro de 1999, mas a NASA decidiu estendê-la por dois anos, liberando US $ 9,6 milhões. Cumpridos os objetivos tecnológicos, os objetivos científicos passam a ter precedência. O objetivo da missão estendida é voar sobre o cometa Wilson-Harrington em janeiro de 2001 a uma velocidade relativa de 15,8  km / s, depois sobre o cometa Borrelly em setembro de 2001. Wilson-Harrington foi descoberto pela primeira vez em 1949 e redescoberto em 1979 como um asteróide reclassificado de cometa porque não exibindo mais as características de um cometa durante as observações subsequentes. O tamanho do núcleo é estimado em 4 quilômetros. O sobrevôo promete ser difícil porque deve ocorrer em um momento próximo a uma conjunção solar, ou seja, quando o Sol intervém entre a sonda espacial e a Terra interrompendo as comunicações. Borrely descoberto em 1904 pelo Marseillais Alphonse Louis Nicolas Borrelly é um cometa típico com uma periodicidade de 6,9 ​​anos que pode ser observado em cada uma de suas passagens perto do sol. A sua órbita é bem conhecida e as observações feitas com o telescópio Hubble em 1994 permitiram determinar as suas características: tem uma forma alongada (8,8 × 3,6  km ) e o seu período de rotação é de 25 horas. Sua inclinação com respeito ao plano da eclíptica é de 30 ° e seu perigeu (ponto da órbita próximo ao Sol) está localizado entre as órbitas de Marte e da Terra.

Falha no localizador de estrelas

No início de agosto de 1999, algumas dezenas de horas após o sobrevoo do Braille, o motor iônico do Deep Space 1 foi reiniciado para deixar todas as opções em aberto no caso de uma extensão da missão. Para atingir seu primeiro alvo, o motor foi desligado em 20 de outubro e a sonda espacial agora segue uma trajetória inercial. Até o momento, o motor iônico operou por 3.571 horas, acelerando a sonda para 1,32  km / se consumindo 21,6  kg de xenônio. Em 11 de novembro de 1999, um dano muito sério atingiu a sonda espacial. O localizador de estrelas falha e, como nenhuma redundância é fornecida, a sonda espacial automaticamente entra em modo de sobrevivência . Essa indisponibilidade priva a sonda espacial de ser o único equipamento a fornecer os dados usados ​​para manter sua orientação fixa em relação às estrelas. A sonda espacial começa a girar lentamente (1 revolução por hora), mantendo a superfície dos painéis solares perpendicular à direção do sol. O instrumento PEPE desligou automaticamente sem saber se este evento está correlacionado com a falha do localizador de estrelas. Os responsáveis ​​pela missão decidem abandonar o sobrevoo do cometa Wilson-Harrington e tentar realizar o sobrevoo de Borrelly, apesar da indisponibilidade do localizador de estrelas. No final de 1999, o motor iônico consumia 22  kg de xenônio enquanto fornecia um delta-v de 1300  m / s .

Funcionários da agência espacial estão considerando interromper a missão porque parece não haver solução para contornar a falha do localizador de estrelas . O novo modo de estabilização adotado não permite o uso da antena de alto ganho , pois ela não está mais apontada para a Terra, o que limita muito o volume de dados transmitidos. Finalmente, em meados de janeiro de 2000, uma nutação (oscilação do eixo de rotação) é introduzida no movimento rotacional da sonda espacial, o que permite que a antena de grande ganho seja apontada intermitentemente para a Terra. Uma grande quantidade de dados sobre o estado da sonda espacial, bem como alguns dados científicos que permaneceram armazenados na memória de massa da sonda espacial após a falha, podem ser transmitidos para a Terra.

Os engenheiros no terreno decidiram reconfigurar o sistema de controle de atitude para que pudesse usar as imagens fornecidas pela câmera MICAS em vez das do localizador de estrelas. Essa modificação é complexa porque o campo de visão da câmera é muito mais estreito do que o localizador de estrelas. Uma estrela de referência relativamente brilhante, chamada de "thrustar", é selecionada para o restante da missão. A partir de agora, o sistema de controle de atitude modifica periodicamente a orientação da sonda espacial para apontar o eixo da câmera MICAS em direção a essa estrela e, em seguida, dispara a captura de uma imagem dela. Depois de subtrair o fundo da estrela, o programa mede a diferença entre a posição da estrela observada na foto e aquela prevista então, dependendo do resultado, envia comandos ao sistema de propulsão para corrigir a orientação do Espaço Profundo 1. Esta evolução do o software , que leva 4 meses para ser concluído e tem um custo adicional de US $ 800.000, é necessário com urgência, pois a sonda espacial deve absolutamente estar novamente operacional antes do início de julho, para poder realizar as manobras que permitem o sobrevoo. Borrelly. O sobrevôo do cometa Wilson-Harrington, por sua vez, foi abandonado porque a sonda espacial não tem mais tempo de manobra para realizá-lo. A nova versão do software de controle de atitude é baixada no final de maio. A modificação foi um sucesso e no dia 28 de junho, uma semana antes do prazo, o motor iônico foi reiniciado para alterar a trajetória e permitir a interceptação de Borrelly. Mas surge outro problema. Desde que o localizador de estrelas falhou, a sonda espacial consumiu grande parte da hidrazina queimada por seus pequenos motores de foguete para corrigir a orientação e apenas um terço da quantidade original (31 kg ) permanece,  ou apenas o suficiente para a fase de trânsito até Borrelly. Para reduzir o consumo de hidrazina, os engenheiros decidem usar permanentemente o motor iônico, que é ligeiramente manobrável, para fazer correções de orientação. Quando a sonda espacial não usa o motor iônico para corrigir sua trajetória, ainda é usada com empuxo bastante reduzido para economizar hidrazina. Como resultado dessa decisão, a sonda espacial quebrou em 17 de agosto o recorde de maior duração de uso ininterrupto de um sistema de propulsão no espaço (162 dias). Este recorde foi estabelecido pelo satélite experimental SERT 2 . Entre o final de outubro e o final de novembro de 2000, a sonda espacial passou atrás do Sol e o motor iônico não foi mais usado, exceto para controle de atitude. Em 2 de janeiro, o motor iônico está operando com potência total novamente. No início de maio, a sonda espacial atingiu sua trajetória que deve permitir a interceptação do cometa e o motor iônico é usado apenas para controle de atitude.

Voo sobre o cometa Borrelly

O sobrevôo do cometa Borrelly, ao contrário do asteróide Braille, é cuidadosamente preparado pela equipe de solo. Um programa baixado no início de março a bordo do Deep Space 1 foi projetado para que a sonda espacial pudesse reconhecer de forma independente o núcleo do cometa nas imagens tiradas pela câmera MICAS. O Deep Space 1 não foi projetado para resistir aos impactos das partículas da cauda do cometa e seus painéis solares podem ser severamente danificados durante o sobrevoo. Os líderes da missão optam por mover a sonda espacial 2.000 quilômetros do núcleo, o que dá à sonda espacial uma chance razoável de sobrevivência sem comprometer os resultados científicos. Vários telescópios, incluindo o Telescópio Espacial Hubble , são apontados para o cometa para refinar sua posição e tornar possível corrigir conscientemente a trajetória do Espaço Profundo 1.

As observações científicas começam em 22 de setembro, 12 horas antes do sobrevôo: o instrumento PEPE (medição de elétrons e íons) começa a detectar os íons produzidos pelo cometa a uma distância de 588.000 km dele enquanto a onda de choque do vento solar com o cauda do cometa é identificada a 152.000 km de distância, 2 horas e meia antes do sobrevoo. No momento do vôo, o cometa, que passou pelo ponto mais próximo do Sol apenas 8 dias antes, está em plena atividade, ejetando gases sob a ação do sol. As primeiras imagens tiradas pela câmera MICAS 83 minutos antes do sobrevoo mostram um estreito jato de poeira de alguns quilômetros de largura e 100 quilômetros de comprimento que forma um ângulo de 30 ° com a direção do sol. De t-32 minutos (t hover time), duas imagens do kernel são tiradas a cada minuto. Para economizar espaço de armazenamento na memória, apenas os pixels ao redor do núcleo são mantidos. Um total de 52 imagens de Borrelly foram tiradas. O Espaço Profundo 1 passa mais próximo do cometa às 22:30 UTC a uma velocidade relativa de 16,6  km / se uma distância de cerca de 2.171 km. Para salvar a hidrazina, nenhuma imagem é obtida após o sobrevoo e 30 minutos após a sonda espacial muda sua orientação para apontar sua antena de alto ganho para a Terra e transmitir os dados coletados.

Deep Space 1 é apenas a segunda missão após a sonda espacial europeia Giotto a fotografar de perto o núcleo de um cometa. A foto mais detalhada foi tirada 170 segundos antes da passagem mais próxima, quando a sonda espacial estava a 3.556 km do núcleo. A resolução espacial , que é de 47 metros por pixel, permite distinguir o formato próximo ao de um pino de boliche que teria 8  km de comprimento e 3,2 km de largura. As fotos tiradas mostram numerosas cavidades circulares escuras de 200 a 300 metros de diâmetro que não são crateras de impacto, mas sim irregularidades no terreno produzidas por colapsos ou processo de sublimação . A superfície é pontilhada por cavidades, cristas, colinas, estrias e saliências que parecem resultar de fenômenos de sublimação anteriores. As áreas ativas (sendo desgaseificadas) representam apenas cerca de 10% da superfície total. O núcleo é particularmente escuro, geralmente refletindo apenas 3% da luz. As imagens de Borrelly, portanto, confirmam que a superfície dos cometas, ao contrário dos asteróides , não é moldada por impactos, mas essencialmente por fenômenos de sublimação. 157 segundos antes da passagem mais próxima do cometa, a uma distância de 2.910 km, espectros eletromagnéticos do núcleo são coletados no infravermelho . Nenhum traço de gelo de água é detectado, mas todos os espectros contêm uma banda de absorção que pode corresponder a uma mistura de hidrocarbonetos. Os dados espectrais utilizados para deduzir a temperatura da área que se situa entre 30  ° C (perto do terminador ) e 70  ° C . Medidas da composição da cauda do cometa indicam a presença de um grande número de íons derivados da molécula de água, cuja concentração atinge seu máximo (90%) a 1.500 km do núcleo. A sonda espacial sobrevive ao cruzamento da cauda sem danos: 17 impactos são registrados na antena do instrumento PEPE durante 4 períodos distintos com duração de 0,5 segundos cada.

Fim da missão

No dia 8 de outubro, começa uma nova fase da missão, durante a qual alguns dos testes realizados no início da missão são repetidos para avaliar o nível de degradação após uma estadia de 3 anos no espaço. A operação do motor iônico é verificada em diferentes níveis de empuxo. O instrumento PEPE é mantido em execução o tempo todo. Várias opções estão sendo consideradas para o restante da missão, mas a quantidade de propelentes restantes é muito baixa. Estima-se que a hidrazina restante permite que a missão seja estendida por apenas 3 meses, e a quantidade de xenônio permite que o motor iônico funcione em velocidade muito baixa por apenas 3 meses. Os responsáveis ​​decidem interromper a missão e, em 22 de setembro de 2001, é enviada uma ordem à sonda espacial para interromper a transmissão. Em março de 2002, os engenheiros do JPL tentaram sem sucesso se reconectar com a sonda espacial para realizar testes de banda Ka. A sonda espacial continua seu curso em uma órbita heliocêntrica de 1,22 x 1,46 Unidade Astronômica. O motor iônico operou um total de 678 dias ao longo de um período de 3 anos, consumindo 73,4  kg de xenônio e acelerando a sonda espacial para 4,3  km / s .

Características técnicas do Deep Space 1

Plataforma

A sonda Deep Space 1 consiste em uma plataforma de formato paralelepípedo de 1,1 × 1,1 × 1,5  m cuja estrutura é feita de alumínio. A maior parte do equipamento é fixada na parte externa da estrutura da sonda espacial para fácil acesso e substituição durante a montagem e o teste. As dimensões da sonda espacial com os instrumentos e antenas implantadas atingem 2,5 × 2,1 × 1,7  m . A massa de lançamento é de 486,3  kg incluindo 31,1  kg de hidrazina usada pelos motores que controlam a orientação e 81,5  kg de xenônio usados ​​pelo motor iônico que constitui a principal propulsão. Deep Space 1 tem duas asas ajustáveis, cada uma composta por 4 painéis solares cobertos com células fotovoltaicas experimentais (experimento SCARLETT II). Cada painel solar tem uma área de 160  cm x 113  cm e o vão total uma vez que os painéis solares colocados em órbita são 11,75 metros. Os painéis solares fornecem 2.500 watts a 1  UA no início da missão, dos quais 2.100 watts são usados ​​pelo motor iônico quando está funcionando. A energia é armazenada em uma bateria de níquel e hidrogênio de 24 ah fornecida pelo Phillips Laboratory da Força Aérea dos Estados Unidos .

O motor iônico exclusivo é instalado na base da sonda espacial, no meio do anel adaptador que permite que a sonda espacial seja conectada ao seu lançador , enquanto as antenas e a maioria dos sensores do instrumento são fixados na extremidade oposta. A sonda espacial é estabilizada em 3 eixos . Sua orientação é determinada usando um localizador de estrelas , um coletor solar e uma unidade inercial usando giroscópios a laser. As correções de orientação são feitas usando pequenos motores de foguete que queimam hidrazina . Para comunicações com a Terra, a sonda espacial tem uma antena fixa de grande ganho de 27,4  cm de diâmetro com um feixe relativamente aberto (6 °), três antenas de baixo ganho, sendo essas quatro antenas usadas na banda X e uma antena em forma de chifre na banda Ka , todos montados na parte superior da sonda e uma antena de baixo ganho montada na base. Os dados são transmitidos ao solo a uma taxa máxima de 20 kilobits / segundo.

Em aplicação da filosofia de baixo custo, a antena de alto ganho é uma peça sobressalente para a missão Mars Pathfinder . O equipamento é, na medida do possível, adquirido na prateleira. Além disso, ao contrário das práticas atuais, nenhuma redundância é fornecida para a maioria dos equipamentos usando tecnologia estabelecida. Em particular, o controle de atitude é realizado apenas por pequenos motores de foguete que queimam hidrazina.

O motor de íon NSTAR

A propulsão principal é suportada por um motor iônico (grade) denominado NSTAR ( NASA Solar Electric Propulsion (Technology Applications Readiness ) montado na parte inferior da plataforma da sonda. A máquina cuja grade (o equivalente ao bico de um foguete clássico) motor) tem um diâmetro de 30  cm tem uma câmara de ionização na qual o xenônio é injetado. Elétrons emitidos por um cátodo ionizam o xenônio rasgando os elétrons de seus átomos e transformando-os em íons com carga positiva. Os íons são acelerados por um rede trazida para 1.280 volts a uma velocidade de 40  km / se são ejetados para o espaço. O motor fornece um impulso máximo de 0,09 newtons com um consumo de energia de 2 500 watts. A força exercida é aproximadamente igual ao peso de uma folha de papel colocado na mão. A orientação do eixo de impulso pode ser alterada em no máximo 5 ° (girando todo o motor com dois graus de liberdade) para corrigir orientação da sonda espacial, mas na prática esta função nunca será usada durante a missão. O empuxo pode ser modulado com 120 etapas, reduzindo a energia elétrica consumida. O empuxo mínimo com valor de 0,019 N. é obtido consumindo 500 Watts. A eficiência do motor iônico é 10 vezes maior que a de um motor de foguete químico convencional, ou seja, permite que a velocidade da espaçonave aumente 10 vezes mais com a mesma quantidade de propelentes . Sem o uso de propulsão iônica e alguns outros equipamentos experimentais, estimou-se que a sonda espacial pesaria cerca de 1.300  kg . A sonda espacial carrega um conjunto de instrumentos de medição IPS / IDS ( Ion Propulsion System Diagnostic Subsystem ) que analisa o impacto da propulsão iônica em seu ambiente imediato. O IPS / IDS inclui 12 sensores, incluindo dois magnetômetros e um instrumento de medição de onda de plasma .

Resultados

A missão inteira custou 160 milhões de dólares, incluindo 95 milhões para o desenvolvimento e construção da sonda espacial, 43 milhões para o lançamento, 10 milhões para os custos operacionais durante a extensão da missão entre setembro de 1999 e dezembro de 2001 e cerca de 4 milhões para a área científica aspectos. Este custo inclui o desenvolvimento de alguns dos novos equipamentos testados. Os resultados obtidos são notáveis ​​dado o baixo custo da missão e o ciclo de desenvolvimento muito curto (39 meses entre o início do projeto e o lançamento). Apesar dos muitos problemas encontrados durante a missão, a sonda espacial atingiu todos os seus objetivos ao validar todas as novas tecnologias de bordo. A propulsão iônica demonstrou mais particularmente que era adequada para uma missão interplanetária: o motor operou em cerca de 15.300 horas, ou 77 vezes o objetivo mínimo estabelecido para a missão para qualificá-la como um sucesso. A propulsão acelerou a sonda espacial para 4,2 quilômetros por segundo, consumindo apenas 70 quilos de xenônio . Deep Space 1 também coletou informações científicas de qualidade incomparável sobre cometas durante o sobrevôo de Borrelly . As tecnologias validadas graças ao Deep Space 1 encontraram aplicações práticas em muitas missões subsequentes:

Notas e referências

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Bibliografia

Documento usado para escrever o artigo : documento usado como fonte para este artigo.

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Veja também

Artigos relacionados

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