Syvä tila 1

Deep Space 1 Kokeellinen
avaruuskoetin Tämän kuvan kuvaus, myös kommentoitu alla Taiteilijan käsitys Deep Space 1 -koettimesta . Yleisdata
Organisaatio NASA
Rakentaja Spectrum Astro
Ohjelmoida Uusi vuosituhat
Ala Teknologia, pienempien taivaankappaleiden tutkimus
Tehtävän tyyppi Yleiskatsaus
Tila Tehtävä suoritettu
Tuoda markkinoille 24. lokakuuta 1998
Launcher Delta II 7326
Tehtävän loppu 18. joulukuuta 2001
COSPAR-tunniste 1998-061A
Sivusto http://nmp.jpl.nasa.gov/ds1/
Tärkeimmät virstanpylväät
29. heinäkuuta 1999 Lento yli asteroidi Braille
22. syyskuuta 2001 Lennä komeetan Borrelly yli
Tekniset ominaisuudet
Massa käynnistämisen yhteydessä 486,32  kg
Käyttövoima Ioninen
Ergols Xenon , hydratsiini
Ponneaineen massa 113 kg sisältäen 81,5 kg ksenonia
Δv 4,2 km / s
Asenteen hallinta 3-akselinen vakaa
Energian lähde Aurinkopaneelit
Sähkövoima 2,5  k W 1  AU: ssa
Tärkeimmät instrumentit
MICAS Kamerat / spektrometrit
PEPE Ioni- ja elektronispektrometri

Deep Space 1 on tilaa missio avaruushallinnon Yhdysvalloissa , The NASA , tarkoituksena on testata uusia tekniikoita. Se käynnistetään24. lokakuuta 1998 ja päättyy 18. joulukuuta 2001. Tämä pieni 487 kiloa painava avaruuskoetin on ensimmäinen vene, joka on käyttänyt ionimoottoria päämoottorina . Syvä avaruus on myös uuden vuosituhannen ohjelman ensimmäinen tehtävä, jonka tavoitteena oli kehittää laitteita, joita pieni planeettojen välinen avaruusalus käytti aurinkokunnan uuden tutkimusstrategian ( nopeampi, halvempi, parempi ) käyttöön.

Syvä avaruus 1 suoritti tehtävänsä onnistuneesti, osoittaen erityisesti, että ionien käyttövoimalla oli tarvittavaa kestävyyttä pitkäaikaisen planeettojen välisen tehtävän kuljettamiseksi häiritsemättä tieteellisten välineiden toimintaa. Avaruussondi saavutti myös toissijaiset tavoitteensa lentämällä asteroidin (9969) pistekirjoituksen ja Borrelly- komeetan yli keräämällä tieteellistä tietoa ja valokuvia näistä pienistä ruumiista.

Asiayhteys

Uusi vuosituhat -ohjelma

Deep Space 1 on NASA: n uuden Millennium-ohjelman (NMP) ensimmäinen avaruusoperaatio . Uusi vuosituhat on osa NASA: n uutta aurinkokunnan tutkimusstrategiaa, jonka järjestelmänvalvoja Daniel Goldin on toteuttanut ja joka koostuu aikaisempaa edullisempien ( nopeampien, halvempien, parempien ) mutta yhtäkkiä lukuisimpien tehtävien kehittämisestä. Siihen asti uusia avaruusteknologioita testattiin operatiivisissa tehtävissä hyödyntämällä niiden erittäin suuria budjetteja, kuten flash-muistien käyttöä Cassini- operaation aikana . Tämä vaihtoehto ei ole enää mahdollista uusien tehtävien yhteydessä, jotka edellyttävät kustannusten rajoittamiseksi täysin hiottujen tekniikoiden käyttöä. Nämä uudet tehtävät edellyttävät kuitenkin uuden avaruusteknologian kehittämistä, mikä mahdollistaa pienentämisen ja kustannusten pienentämisen. Tämän tarpeen hallitsemiseksi Charles Elachi , JPL-keskuksen johtaja, tarjoaa Goldinille uuden ohjelman, joka yhdistää tehtäviä, jotka on kehitetty nopeammin, halvemmalla, paremmalla hengellä ja omistautunut näiden uusien tekniikoiden pätevöitymiseen ennen niiden lähettämistä operatiivisempiin tehtäviin. Nämä tekniikat sisältävät erityisesti ionien työntövoiman . Ohjelmaa hallinnoi NASAn Jet Propulsion Laboratory . Näiden tehtävien päätavoitteet ovat siten ensisijaisesti teknisiä, ja toissijainen tavoite on tieteellinen hyöty. Heinäkuussa 1995 Yhdysvaltain kongressi hyväksyi uuden vuosituhannen ohjelman käynnistämisen ja erityisesti Deep Space 1 -operaation kehittämisen, joka on suunnattu pääasiassa ionien työntövoiman kehittämiseen.

Ionien työntövoimaa koskeva tutkimus NASA: ssa

Ionisen työntövoiman kehittäminen alkoi NASA: lla 1950-luvulla . Tohtori Harold Kaufman on Lewis tutkimuskeskuksen (NASA perustaminen), rakensi ensimmäisen tämän tyypin moottori vuonna 1959. Vuonna 1964, pieni kokeellinen satelliitti, avaruus Electric Rocket Testi 1 (SERT 1), käynnistettiin jonka Scout raketti. . Yksi kahdesta moottorista onnistui käymään 31 minuuttia. SERT 2, joka oli varustettu myös kahdella ionimoottorilla, asetettiin kiertoradalle vuonna 1970: toinen moottoreista toimi 5 kuukautta (3871 tuntia jatkuvasti), toinen 3 kuukautta. Nämä varhaiset moottorit käyttivät joko cesiumia tai elohopeaa ponneaineina . Mutta näillä kahdella kemiallisella elementillä on haittoja, ja insinöörit valitsevat ksenonin seuraaville moottoreille, mikä on helpompi käyttää. 1960-luvun alussa Malibussa ( Kalifornia ) sijaitseva HRL Laboratories -tutkimuskeskus , ilmailuteollisuuden valmistajan Hughesin tytäryhtiö, työskenteli myös ionien työntövoiman parissa. Ensimmäinen kokeellinen moottori Tämän valmistajan testattiin aluksella sotilaallisen satelliitin geofysiikan laboratorion avaruusalus Lataaminen korkeassa ilmanalassa käynnistettiin vuonna 1979. Elokuussa 1997 operatiivinen versio asennettiin aluksella PanAmSatin 5 televiestintäsatelliitit : ioni moottoria käytettiin ylläpitämään satelliitti geostationaalisessa asennossaan ja tarkista sen suunta. 1990-luvun alussa Jet Propulsion Laboratory ja Lewis Research Center kehittivät yhdessä NSTAR- ionimoottorin käytettäväksi planeettojen välisten avaruusalusten kuljettamiseen. Lewis-keskus käyttää moottoria tyhjiökammiossa 8000 tuntia. Syyskuussa 1997 päättyneet testit olivat onnistuneita, ja NASA päätti kehittää toiminnallisen ionimoottorin Hughesin kanssa Deep Space 1 -tehtävään.

Deep Space 1: n suunnittelu ja rakentaminen

Sähkökäyttöistä voimaa ( Solar Electric Propulsion or SEP) oli ehdotettu jo 1970-luvulla NASAn aurinkokunnan tutkimusmatkoille, jotka eivät vaatineet julmia jarrutuksia (tämäntyyppisen työntövoiman ulottumattomissa), kuten komeettojen ja asteroidien ylilento. Mission Halle / Tempel 2 Comet International Mission). Mutta SERT-tehtävien osana suoritetuista testeistä huolimatta tätä tekniikkaa pidettiin kypsymättömänä, koska vuorovaikutusta tieteellisten instrumenttien kanssa ei ymmärretty riittävän hyvin, kun taas tämän tyyppistä propulsiota käyttävien tehtävien suunnittelua ei voitu hallita. Deep Space 1, uuden vuosituhannen ohjelman ensimmäinen tehtävä , on suunnittelijoiden mielestä alun perin tehtävä tutkia pieniä esineitä (komeettoja, asteroideja), joiden tarkoituksena on testata kaikkien komponenttien voimakas miniatyyrisointi. Tavoitteena on, että avaruuskoettimen laukaisun kokonaismassa on alle 100 kiloa. Lisätutkimus osoittaa, että kriittinen tekniikka, joka mahdollistaa avaruuskoettimen keventämisen, on sähköinen käyttövoima ja Deep Space 1: stä tuli tehtäväksi omistaa tämä tekniikka. Deep Space 1: ssä on myös kokeellinen autonominen navigointijärjestelmä, joka käyttää tähtien sijaintia liikeradan korjaamiseen. JPL: n virkamiehet päättävät kehittää tämän uuden tehtävän hyvin lyhyessä ajassa (36 kuukautta) tavoitteenaan käynnistää heinäkuussa 1998. Alustan rakentamiseen valitaan Spectrum Astro , Arizonan pieni yritys .

Teknologiset tavoitteet

Deep Space 1: n päätavoitteena on validoida kaksitoista uutta avaruusteknologiaa ja erityisesti sellaisten ionien työntövoimien käyttö, joita ei ole koskaan käytetty planeettojenvälisen tehtävän pääasiallisena propulsiona.

NSTAR-ionimoottori

NSTAR on ensimmäinen planeettojenvälisessä tehtävässä käytetty ionimoottori . Aurinkopaneelien sähkökäyttöinen moottori on avaruussondin tärkein käyttövoima.

Aurinkopaneelit

SCARLET ( Solar Concentrator Array of Refractive Linear Element Technologies ): kokeelliset aurinkopaneelit, jotka käyttävät GaInP2 / GaAs / Ge -tyyppisiä aurinkokennoja, jotka on peitetty sylinterimäisillä linsseillä, joilla on sekä valon keskittäminen että solujen suojaaminen. Tämän linssijärjestelmän avulla voidaan lisätä aurinkokennojen tuottamaa energiaa 20% ja vähentää siten energian tuotantoon käytettyä massaa.

Avaruussondin autonomia

Nopeammasta, halvemmasta ja paremmasta strategiasta johtuva avaruuskoettimien lisääntyminen johtaa syvempien avaruusverkkojen jättiläisantennien suurempaan kuormitussuunnitelmaan . Deep Space 1 testaa kolmea uutta tekniikkaa, joiden tavoitteena on antaa avaruuskoettimen olla itsenäisempi ja vähentää siten vaihtoa maajoukkueiden kanssa:

Tieteelliset välineet

Televiestintä

Mikroelektroniikka

Tieteelliset tavoitteet

Deep Space 1 on lähinnä uuden teknologian kehittämiseen tarkoitettu tehtävä, mutta on määritelty myös toissijaiset tieteelliset tavoitteet, jotka on sovitettu avaruuskoettimen teknisiin ominaisuuksiin. Siihen sisältyy lentäminen pienempien kappaleiden yli, jotka kiertävät lähellä maapallon kiertoratoja. Alustavan suunnitelman mukaan avaruuskoettimen tulisi lentää asteroidin (3352) McAuliffen yli tammikuun puolivälissä suhteellisella nopeudella 6,7  km / s ja sitten kesäkuussa 2000 komeetta 76P / West-Kohoutek-Ikemura suhteellisella nopeudella 15  km / s . Huhtikuussa 2000 avaruuskoettimen oli tarkoitus lentää Marsin yli ja suorittaa mahdollisesti lyhyt lento Phoboksen , tämän planeetan kuun, yläpuolelle .

Suunniteltu käynnistyspäivä on heinäkuu 1998, mutta sekä laitteiden kehittämiseen että aluksen ohjelmistojen kehittämiseen liittyvät ongelmat edellyttävät maaliskuussa 1998 lanseerauksen lykkäämistä lokakuuhun 1998. Tämän uuden tavoitteen saavuttamiseksi projektiryhmä päättää lykätä ohjelmistojen kehittämistä. kokeellinen etäagenttiohjelmisto (joka ladataan operaation aikana) käynnistämisen jälkeen, kun taas toisen ohjelmiston kehitys perustuu osittain Mars Pathfinder -operaatioon tuotettuihin ohjelmiin . Käynnistyspäivän lykkääminen edellyttää tieteellisten tavoitteiden muuttamista. NASA valitsee 100 pienen ruumiin luettelosta asteroidin 1992KD , jonka tähtitieteilijät löysivät vuonna 1992 JPL-keskuksessa. Se on areatocross-asteroidi, joka tarkoittaa, jonka kiertorata leikkaa Marsin. Sen kiertorata muuttuu nopeasti ja muutaman tuhannen vuoden kuluessa siitä tulisi tulla lähellä maata oleva asteroidi (leikkaava maapallon kiertorata). Spektrianalyysi osoittaa, että se on yksi harvoista Q-tyyppisistä asteroidista, joita esiintyy asteroidivyössä . Tämä erikoisuus ja kiertoradan kehitys tekevät siitä erityisen mielenkiintoisen tieteellisen tavoitteen. Lisätä yleistä etua, NASA nimeää asteroidi pistekirjoituksella kunniaksi Louis Braillen keksijä tuntoon esiin järjestelmän käyttöön sokeille. Tuolloin asteroidin arvioitiin olevan 3  km pitkä ja muodoltaan pitkänomainen. Se kiertää kiertoradalla, jonka kaltevuus on 28 ° ekliptikan tasoon nähden . Deep Space 1: n on lennettävä asteroidin yli suhteellisella nopeudella 15,5  km / s .

Tehtävän suorittaminen

Tuoda markkinoille

Sulkemisen valitun Laukaisuikkuna (15.10.-10.11.1998) on asetettu vain tarve vapauttaa käynnistää pad käynnistämään Mars Surveyor antureista ( Mars Climate Orbiter ja Mars Polar Lander ). Deep Space 1 käynnistettiin24. lokakuuta 1998alkaen laukaisupaikan Cape Canaveral ( Florida ), jonka Delta II 7326-9 Med-Lite raketti, joka on ensimmäisellä käyttökerralla. Raketti kantaa myös opiskelijoiden kehittämää SEDSat 1 -mikrosatelliitti, joka vapautetaan ennen raketin kolmannen vaiheen tulipaloa. Jälkimmäinen sijoittaa avaruuskoettimen 1 x 1,3 tähtitieteellisen yksikön heliocentriseen kiertoradalle . Ensimmäiset ongelmat ilmaantuvat operaation alusta alkaen. Tähti Finder kieltäytyy työstä, mutta aurinkopaneelit käyttöön oikein ja toistin vahvistaa, että lentorata on suunnitellusti.

Laitteen kalibrointi ja siirtyminen pistekirjoitusasteroidiin

10. marraskuuta ionimoottori käynnistettiin ensimmäistä kertaa testille, jonka on määrä kestää 17 tuntia. Mutta se sammuu 4,5 minuutin kuluttua, ja kaikki yritykset käynnistää epäonnistuvat. Maa-insinöörit olettavat, että tämän sammutuksen aiheuttaa sähköinen oikosulku moottorin molybdeeniverkkoihin juuttuneen roskan takia . He päättävät altistaa heidät vuorotellen auringolle ja sitten avaruuden kylmälle, mikä aiheuttaa peräkkäin niiden laajenemisen ja supistumisen toivoen, että nämä operaatiot onnistuvat poistamaan roskat. Marraskuun lopussa ionimoottori käynnistetään uudelleen ja se alkaa toimia nimellisellä. Ensimmäiset 10 päivää työntövoima on suunnattu niin , että maapallolle vastaanotettujen signaalien Doppler-vaikutus maksimoidaan moottorin suorituskyvyn mittaamiseksi tarkasti, sitten avaruusanturin suuntaa muutetaan siten, että se asetetaan takaisin liikeradalle asteroidin pistekirjoituksen sieppauksesta. Kohdatut ongelmat eivät salli kameroiden kalibrointia maapallon ja Marsin kuvien avulla, millä on vaikutuksia myöhempään toimintatapaan. MICAS - kalibrointitoimenpiteet osoittavat, että ultraviolettispektrometri tuottaa käyttökelvottomia tietoja ja että näkyvässä ja infrapunavalossa MICAS - kameroiden ottamiin kuviin vaikuttaa hajavalo, joka syntyy auringon säteilyn heijastumisesta tietyille pinnan osille. Projektiryhmä suoritti 22. tammikuuta työntövoiman modulaatiotestit, joiden avulla voitiin varmistaa, että ionimoottorin toiminta ei häirinnyt plasman mittalaitteilla suoritettuja lähetyksiä ja mittauksia. Suuri upotetun ohjelmiston päivitys lähetetään ja asennetaan helmikuussa. Autonav- ohjelmiston itsenäisellä navigoinnilla myöhemmin suoritetut testit osoittavat, että se toimii tyydyttävästi. Ionimoottori pysäytettiin 27. huhtikuuta, koska avaruuskoetin oli nyt ballistisella radalla, jonka pitäisi antaa sen lentää asteroidin yli lyhyellä etäisyydellä. Lanseerauksen jälkeen ionimoottori on toiminut 1800 tuntia ja käynnistynyt uudelleen 34 kertaa. Nopeus muutettiin on 699,6 m / s ja 11,4 kiloa ksenon oli kulutettu.  

Lentäminen asteroidipisteen yli

Pistekirjoituksen yli Deep Space 1: n on otettava valokuvia ja suoritettava asteroidin spektrianalyysit MICAS-instrumentilla, kun taas PEPE-instrumentin on mitattava aurinkotuulen häiriöt, jotka voivat paljastaa magneettikentän. Toivotaan, että aurinkotuulen vaikutus asteroidin pintaan heittää ioneja, jotka spektrianalyysin avulla voidaan tunnistaa ja siten antaa tärkeitä tietoja pistekirjoituksen koostumuksesta. Avaruuskoettimen oletetaan kulkevan 5-10 kilometrin päässä asteroidista, joka on kaikkien aikaisempien avaruusoperaatioiden lyhin etäisyys. Kamera, joka on mahdollisimman lähellä asteroidia, ei pysty seuraamaan pistekirjoituksen liikettä, eikä kuvia ole tarkoitus ottaa tällä hetkellä. Myös pistekirjoitettujen valokuvien paras alueellinen tarkkuus on vain 30-50 metriä. Tunnin ylilennon jälkeen avaruusanturin on osoitettava antenni maata kohti ja siirrettävä instrumenttiensa keräämät tiedot.

30 päivää ennen ylilentoa MICAS alkaa ottaa kuvia taivaasta syöttääkseen AUTONAV-navigointijärjestelmää, joka tekee korjauksia käyttämällä ympäröiviä tähtiä vertailuna. Kaksi viikkoa ennen kokousta avaruusmittariohjelmisto suorittaa onnistuneesti harjoituksen kaikista tapahtuman aikana suunnitelluista toiminnoista. Asteroidin pinta osoittautuu kuitenkin paljon odotettua tummemmaksi, koska MICAS ei vieläkään pysty erottamaan sitä. 40 tuntia ennen lentoa insinöörit onnistuivat tunnistamaan kuvien pistekirjoituksen korjausohjelmalla, jota ei kuitenkaan ollut käytettävissä avaruuskoettimella. Pistekirjoitus on noin 430 kilometrin päässä suunnitellusta sijainnista, ja komento, jonka pitäisi sallia lentoradan korjaaminen, lähetetään avaruuskoettimeen. 29. heinäkuuta 1999, muutama tunti ennen ylilentoa, avaruuskoetin siirtyi väliaikaisesti selviytymistilaan , mikä johti vähemmän tarkkaan lentoradan korjaukseen. Kuten odotettiin, MICAS-kameran CMOS-ilmaisinta, luotettavampaa kuin CCD, käytetään viimeisten 27 minuutin aikana ennen kokousta instrumenttien suuntaamiseen asteroidia kohti, joka vierittää noin 26 kilometriä avaruusanturista suhteellisella nopeudella 15,5  km / s . Valitettavasti CMOS-kenno ei pysty paikantamaan asteroidia 23 otetusta kuvasta, eikä yksikään instrumenteista osoita pistekirjoitusta leijunnan aikaan. Kun tiimit ovat analysoineet tietoja kentällä, käytettävissä ovat vain CCD-kameralla otetut kuvat 70 minuuttia ennen ylilentoa 40 000 kilometrin etäisyydellä, jossa asteroidi edustaa vain 4 pikseliä. Deep Space 1: n massamuistin rajoitetun kapasiteetin vuoksi kaikki lähempänä otetut kuvat oli poistettu, jotta tilaa odotetuille korkean resoluution kuville. Joitakin tietoja pystyttiin kuitenkin saamaan ylilennon jälkeen otettujen infrapunaspektrien analyysistä. Kaiken kaikkiaan ylilentoa pidettiin tieteellisenä epäonnistumisena osittain asteroidin odottamattomien ominaisuuksien vuoksi, mutta osittain myös maahenkilöstön riittämättömän valmistelun vuoksi.

Operaation jatkaminen

Ensisijainen tehtävä päättyi 18. syyskuuta 1999, mutta NASA päätti jatkaa sitä kahdella vuodella vapauttamalla 9,6 miljoonaa dollaria. Teknologiset tavoitteet on saavutettu, ja tieteelliset tavoitteet ovat nyt etusijalla. Laajennetun tehtävän tavoitteena on lentää komeetan Wilson-Harrington yli tammikuussa 2001 suhteellisella nopeudella 15,8  km / s ja sitten komeetta Borrellyn yli syyskuussa 2001. Wilson-Harrington löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1949 ja löydettiin uudelleen vuonna 1979 oli komeetta uudelleenluokiteltu asteroidi koska sillä ei enää ole komeetan ominaisuuksia myöhempien havaintojen aikana. Ytimen kooksi arvioidaan 4 kilometriä. Ylilento lupaa olla vaikeaa, koska sen on tapahduttava lähellä aurinkoyhdistelmää, toisin sanoen kun aurinko puuttuu avaruuskoettimen ja maapallon väliin keskeyttäen viestinnän. Marseillais Alphonse Louis Borrelly löysi vuonna 1904 Louis Nicolas Borrelly on tyypillinen komeetta, jonka jaksottaisuus on 6,9 vuotta, ja se voidaan havaita jokaisessa sen käytävässä lähellä aurinkoa. Sen kiertorata on hyvin tiedossa, ja Hubble-teleskoopilla vuonna 1994 tehdyt havainnot mahdollistivat sen ominaisuuksien määrittämisen: sillä on pitkänomainen muoto (8,8 × 3,6  km ) ja sen kiertoaika on 25 tuntia. Sen kaltevuus ekliptikan tasoon nähden on 30 ° ja sen perigee (kiertoradan piste lähellä aurinkoa) sijaitsee Marsin ja Maan kiertoradojen välissä.

Tähtietsimen vika

Elokuun alussa 1999, muutama kymmenen tuntia pistekirjoituksen ylilennon jälkeen, Deep Space 1: n ionimoottori oli käynnistetty uudelleen, jotta kaikki vaihtoehdot jäisivät avoimeksi, jos operaatio jatkuu. Ensimmäisen tavoitteen saavuttamiseksi moottori sammutettiin 20. lokakuuta ja avaruusanturi seuraa nyt inertiaalista reittiä. Tähän mennessä ionimoottori on toiminut 3571 tuntia kiihdyttäen koettimen nopeuteen 1,32  km / s ja kuluttamalla 21,6  kg ksenonia. 11. marraskuuta 1999 avaruuskoettimeen osui erittäin vakava vahinko. Tähti löytäjä epäonnistuu ja, koska mitään redundanssia, tilan anturi menee automaattisesti Survival-tilassa . Tämä käytettävyys riistää avaruuskoettimen ainoasta laitteesta, joka toimittaa dataa, jota käytetään kiinteän suunnan säilyttämiseen tähtien suhteen. Avaruussondi alkaa pyöriä hitaasti (1 kierros tunnissa), pitäen aurinkopaneelien pinnan kohtisuorassa auringon suuntaan nähden. PEPE-laite sammuu automaattisesti tietämättä, korreloiko tämä tapahtuma tähtietsimen vikaantumiseen. Operaation vastuuhenkilöt päättävät hylätä komeetan Wilson-Harringtonin lennon ja yrittää suorittaa Borrellyn lentoa, vaikka tähtihakija ei olisi käytettävissä. Vuoden 1999 lopussa ionimoottori kuluttaa 22  kg ksenonia ja delta-v oli 1300  m / s .

Avaruusjärjestön virkamiehet harkitsevat operaation lopettamista, koska tähtietsimen epäonnistumisen kiertämiseen ei näytä olevan ratkaisua . Uusi vakautustila ei salli suuren vahvistuksen antennin käyttöä , koska sitä ei enää osoiteta maata kohti, mikä rajoittaa suuresti lähetetyn datan määrää. Lopuksi tammikuun 2000 puolivälissä avaruussondin pyörimisliikkeeseen viedään nutation (pyörimisakselin värähtely), joka sallii suuren vahvistuksen antennin osoittamisen ajoittain kohti maata. Suuri määrä tietoa avaruusanturin tilasta sekä joitain tieteellisiä tietoja, jotka jäivät varastoituna avaruuskoettimen massamuistiin vian seurauksena, voidaan lähettää maapallolle.

Insinöörit kentällä päättää uudelleenkonfiguroimaan asennonhallintalaitteita järjestelmää niin, että se voi käyttää kuvia tarjoamia MICAS kameran sijaan kuin tähti löytäjälle. Tämä muunnos on monimutkainen, koska kameran näkökenttä on paljon kapeampi kuin tähtietsimen. Suhteellisen kirkas vertailutähti, nimeltään "työntövoima", valitaan tehtävän loppuajaksi. Tästä eteenpäin asennonhallintajärjestelmä muuttaa ajoittain avaruuskoettimen suuntaa osoittamaan MICAS-kameran akselin tätä tähtiä kohti ja laukaisee sitten kuvan ottamisen siitä. Kun tähtitausta on vähennetty, ohjelma mittaa eron valokuvassa havaitun tähden sijainnin ja ennustetun välillä, minkä jälkeen tulos - riippuen tuloksesta - lähettää propulsiojärjestelmälle komennot Deep Space 1 -suunnan korjaamiseksi. ohjelmisto , joka kestää 4 kuukautta täydellinen ja aiheuttaa lisäkustannukset US $ 800000, tarvitaan pikaisesti, koska luotain on ehdottomasti aloittaa toimintansa uudelleen ennen heinäkuun alussa, voi suorittaa liikkeet jolloin ylilentoja mukaan Borrelly . Ohilento komeetta Wilson-Harrington puolestaan luovuttiin koska luotain ei ole enää aikaa jäisi tekemään sitä. Asennevalvontaohjelmiston uusi versio ladataan toukokuun lopussa. Muutos onnistui ja 28. kesäkuuta, viikkoa ennen määräaikaa, ionimoottori käynnistettiin uudelleen muuttaakseen lentorataa ja salliakseen Borrellyn sieppauksen. Mutta nousee toinen ongelma. Koska tähtihaku epäonnistui, avaruuskoetin on kuluttanut suurimman osan pienten rakettimoottoriensa polttamasta hydratsiinista suuntauksen korjaamiseksi ja jäljellä on vain kolmasosa alkuperäisestä määrästä (31  kg ) tai vain tarpeeksi Borrellyyn kulkuvaiheelle. Hydratsiinin kulutuksen vähentämiseksi insinöörit päättävät käyttää pysyvästi hiukan ohjattavaa ionimoottoria orientaatiokorjausten tekemiseksi. Kun avaruusanturi ei käytä ionimoottoria liikeradan korjaamiseen, sitä käytetään silti huomattavasti pienemmällä työntövoimalla hydratsiinin säästämiseksi. Tämän päätöksen seurauksena avaruuskoetin rikkoi 17. elokuuta ennätyksen propulsiojärjestelmän keskeytymättömästä käytöstä avaruudessa (162 päivää). Tämän ennätyksen teki kokeellinen satelliitti SERT 2 . Lokakuun lopun ja marraskuun 2000 välisenä aikana avaruuskoetin kulki auringon takana, ja ionimoottoria ei enää käytetty paitsi asennon hallintaan. 2. tammikuuta ionimoottori toimii jälleen täydellä teholla. Toukokuun alussa avaruuskoetin saavutti liikeradan, jonka pitäisi antaa sen pystyä sieppaamaan komeetta, ja ionimoottoria ei enää käytetä paitsi asennon hallintaan.

Lennä komeetan Borrelly yli

Komeetan Borrellyn lentokyky, toisin kuin asteroidi pistekirjoitus, valmistelee maahenkilökunta huolellisesti. Maaliskuun alussa Deep Space 1 -laitteelle ladattu ohjelma suunniteltiin siten, että avaruuskoetin tunnistaa komeetan ytimen itsenäisesti MICAS-kameran ottamista kuvista. Syvää avaruutta 1 ei ole suunniteltu kestämään komeetan hännähiukkasten vaikutuksia, ja sen aurinkopaneelit voivat vahingoittua vakavasti ylilennon aikana. Operaation johtajat päättävät siirtää avaruuskoettimen 2000 kilometrin päähän ytimestä, mikä antaa avaruuskoettimelle kohtuulliset mahdollisuudet selviytyä vaarantamatta tieteellisiä tuloksia. Useat teleskoopit, mukaan lukien Hubble-avaruusteleskooppi , on osoitettu komeetalle tarkentamaan sijaintiaan ja mahdollistamaan Deep Space 1: n liikeradan tietoisen korjaamisen.

Tieteelliset havainnot alkavat 22. syyskuuta, 12 tuntia ennen lentoa: PEPE-instrumentti (elektronien ja ionien mittaus) alkaa havaita komeetan tuottamat ionit 588 000 km: n päässä siitä, kun taas aurinkotuulen iskuaalto komeetan häntä tunnistetaan 152 000 km: n päässä 2 ja puoli tuntia ennen ylilentoa. Lennon aikaan komeetta, joka ohitti lähimmän pisteen Aurinkoa vain 8 päivää ennen, on täydessä toiminnassaan ja päästää kaasuja auringon vaikutuksesta. Ensimmäisissä MICAS-kameran ottamissa kuvissa 83 minuuttia ennen ylilentoa on kapea, muutaman kilometrin leveä ja 100 kilometriä pitkä pölysuihku, joka muodostaa 30 ° kulman auringon suunnan kanssa. T-32 minuutista (t hover time) otetaan kaksi kuvaa ytimestä joka minuutti. Tallennustilan säästämiseksi muistissa säilytetään vain ydintä ympäröivät pikselit. Borrellystä otetaan yhteensä 52 kuvaa. Syvä avaruus 1 ohittaa komeetta lähinnä kello 22.30 UTC suhteellisen nopeuden ollessa 16,6  km / s ja noin 2171 km. Hydratsiinin säästämiseksi kuvaa ei oteta ylilennon jälkeen, ja 30 minuuttia tämän jälkeen avaruusanturi muuttaa suuntaa osoittamaan korkean vahvistuksen antenninsa kohti maata ja lähettämään kerätyt tiedot.

Deep Space 1 on vasta toinen tehtävä eurooppalaisen avaruuskoettimen Giotton jälkeen valokuvaamaan komeetan ydin onnistuneesti läheltä. Yksityiskohtaisin kuva otetaan 170 sekuntia ennen lähintä ohitusta, kun avaruuskoetin oli 3556 km päässä ytimestä. Alueellinen resoluutio , joka on 47 metriä pikseliä kohden, antaa mahdollisuuden erottaa muoto, joka on lähellä keilapin muotoa, jonka pituus on 8  km ja leveys 3,2 km. Otetuissa valokuvissa näkyy lukuisia pimeitä pyöreitä onteloita, joiden halkaisija on 200-300 metriä ja jotka eivät ole törmäyskraattereja, vaan pikemminkin romahtamisen tai sublimaatioprosessin aiheuttamia epäsäännöllisyyksiä maastossa . Pinta on täynnä onteloita, harjanteita, kukkuloita, juovia ja kuoppia, jotka näyttävät johtuvan aikaisemmista sublimaatioilmiöistä. Aktiiviset alueet (josta on poistettu kaasut) edustavat vain noin 10% kokonaispinnasta. Ydin on erityisen tumma, heijastaa yleensä vain 3% valosta. Borrellyn kuvat vahvistavat siten, että komeettojen pintaa, toisin kuin asteroidien pintaa , ei muokkaa vaikutukset, vaan lähinnä sublimaatioilmiöt. 157 sekuntia ennen komeetan lähintä kulkua 2910 km: n etäisyydellä ytimen sähkömagneettiset spektrit kerätään infrapunaan . Vesijäästä ei löydy jälkiä, mutta kaikki spektrit sisältävät absorptiokaistan, joka voisi vastata hiilivetyjen seosta. Spektritiedot, joita käytetään 30  ° C: n (lähellä terminaattoria ) ja 70  ° C: n välisen alueen lämpötilan päättelemiseen . Komeetan hännän koostumuksen mittaukset osoittavat, että vesimolekyylistä on peräisin suuri määrä ioneja, joiden pitoisuus saavuttaa maksiminsa (90%) 1500 km: n etäisyydellä ytimestä. Avaruussondi selviää hännän ylityksestä vaurioitumatta: PEPE-instrumentin antenniin nauhoitetaan 17 iskua neljän erillisen jakson aikana, jotka kestävät 0,5 sekuntia.

Tehtävän loppu

8. lokakuuta operaation uusi vaihe alkaa, jonka aikana jotkut operaation alussa suoritetuista testeistä toistetaan, jotta voidaan arvioida huononemisen taso kolmen vuoden oleskelun jälkeen avaruudessa. Ionimoottorin toiminta tarkistetaan eri työntövoimilla. PEPE-instrumenttia käytetään jatkuvasti. Useita vaihtoehtoja harkitaan jäljellä olevalle matkalle, mutta jäljellä olevien ponneaineiden määrä on hyvin pieni. On arvioitu, että jäljellä oleva hydratsiini sallii tehtävän jatkamisen vain 3 kuukaudeksi ja ksenonin määrä antaa ionimoottorin käydä erittäin pienellä nopeudella vain 3 kuukautta. Vastuuhenkilöt päättävät lopettaa operaation, ja 22. syyskuuta 2001 lähetetään komento avaruuskoettimelle lähettämisen lopettamiseksi. Maaliskuussa 2002 JPL-insinöörit yrittivät epäonnistuneesti muodostaa yhteyden avaruuskoettimeen suorittaakseen Ka-kaistan testit. Avaruuskoetin jatkaa kurssiaan heliosentrisellä kiertoradalla 1,22 x 1,46 tähtitieteellisellä yksiköllä. Ionimoottori käytti 678 päivää 3 vuoden aikana kuluttamalla 73,4  kg ksenonia ja kiihdyttäen avaruusanturin 4,3  km / s: iin .

Deep Space 1: n tekniset ominaisuudet

Alusta

Deep Space 1 -koetin koostuu suuntaissärmiön muotoisesta alustasta , jonka koko on 1,1 × 1,1 × 1,5  m ja jonka rakenne on valmistettu alumiinista. Suurin osa laitteista on kiinnitetty avaruusanturirakenteen ulkopuolelle, jotta niitä on helppo käyttää ja vaihtaa kokoonpanon ja testauksen aikana. Avaruussondin mitat sijoitettujen instrumenttien ja antennien kanssa ovat 2,5 × 2,1 × 1,7  m . Käynnistää massa on 486,3  kg , mukaan lukien 31,1  kg ja hydratsiinia käytetään moottoreiden aseman ohjaamiseksi ja 81,5  kg ja ksenonin jota ionisen moottori , joka muodostaa pääkuljetuskoneistossa. Deep Space 1: ssä on kaksi säädettävää siipeä, joista kukin koostuu 4 aurinkopaneelista, jotka on peitetty kokeellisilla aurinkokennoilla (SCARLETT II -kokeilu). Jokaisen aurinkopaneelin pinta-ala on 160  cm x 113  cm ja kiertoradalle sijoitettujen aurinkopaneelien kokonaisväli on 11,75 metriä. Aurinkopaneelit tuottavat 2 500 wattia 1  AU : lla tehtävän alkaessa, josta ionimoottori käyttää 2100 wattia sen ollessa käynnissä. Energia varastoidaan 24 Ah Ni-MH-akku toimittama Phillips laboratorio on Yhdysvaltain ilmavoimien .

Ainutlaatuinen ionimoottori on asennettu avaruusanturin pohjaan, keskelle sovitinrengasta, jonka avulla avaruusanturi voidaan kiinnittää kantorakettiin , kun taas antennit ja suurin osa instrumenttiantureista on kiinnitetty vastakkaiseen päähän. Avaruussondi on vakautettu 3 akselilla . Sen suunta määritetään tähtimittarilla , aurinkokeräimellä ja inertiayksiköllä lasergyroskooppeja käyttäen . Suuntauksen korjaukset tehdään käyttämällä pieniä rakettimoottoreita, jotka polttavat hydratsiinia . Viestintään maan, tila koetin on kiinteä suuri vahvistus antenni 27,4  cm halkaisijaltaan suhteellisen avoin palkki (6 °), kolme pienen vahvistuksen antennia, nämä neljä antennia käytetään X kaistalla , ja torviantennin on Ka-kaistan , kaikki asennettu anturin yläosaan ja matalan vahvistuksen antenni alustaan. Tiedot siirretään maahan enimmäisnopeudella 20 kilobittiä sekunnissa.

Edullisen filosofian mukaisesti korkean vahvistuksen antenni on varaosa Mars Pathfinder -operaatioon . Laitteet ostetaan mahdollisuuksien mukaan hyllyltä. Lisäksi, toisin kuin nykyinen käytäntö, redundanssia ei tarjota useimmille laitteille, jotka käyttävät vakiintunutta tekniikkaa. Erityisesti asennonhallinnasta huolehtivat vain pienet rakettimoottorit, jotka polttavat hydratsiinia.

NSTAR-ionimoottori

Pääkäyttöä tukee NSTAR- niminen ionimoottori (ruudukko) ( NASA Solar Electric Propulsion (Technology Applications Readiness )), joka on asennettu anturin alustan alaosaan . Kone, jonka ritilä (vastaa klassisen raketin suutinta) moottori) halkaisija on 30  cm, on ionisointikammion, jossa ksenonin injektoidaan. elektronit emittoiman katodi ionisoivat ksenon repäisemällä elektroneja sen atomien ja muuntaa ne ionit , joilla on positiivinen varaus. ionit kiihdytetään sähköverkko tuotettu 1280 volttiin 40 km / s nopeudella ja heitetään avaruuteen. Moottori työntää enintään 0,09 newtonia ja virrankulutus on 2 500 wattia. Käytetty voima on suunnilleen yhtä suuri kuin työntöakselin suuntaa voidaan muuttaa enintään 5 ° (pyörittämällä koko moottoria kahdella vapausasteella) korjata avaruuskoettimen suunta, mutta käytännössä tätä toimintoa ei koskaan käytetä tehtävän aikana. Työntövoimaa voidaan moduloida 120 askelella vähentäen kulutettua sähköenergiaa. Pienin työntövoima arvolla 0,019 N. saadaan kuluttamalla 500 wattia. Ionimoottorin hyötysuhde on 10 kertaa suurempi kuin tavanomaisen kemiallisen rakettimoottorin, ts. Se sallii avaruusaluksen nopeuden nostamisen 10 kertaa enemmän samalla ponneaineella . Ilman ionikäyttöä ja joitain muita kokeellisia laitteita arvioitiin, että avaruuskoetin olisi painanut noin 1 300  kg . Avaruussondilla on joukko IPS / IDS ( Ion Propulsion System Diagnostic Subsystem ) -instrumentteja, jotka analysoivat ionien työntövoiman vaikutuksia välittömään ympäristöön. IPS / IDS sisältää 12 anturia, mukaan lukien kaksi magnetometriä ja plasma-aaltomittauslaitteen .  

Tulokset

Koko operaatio maksoi 160 miljoonaa dollaria, mukaan lukien 95 miljoonaa avaruussondin kehittämiseen ja rakentamiseen, 43 miljoonaa laukaisuun, 10 miljoonaa käyttökustannukseen operaation jatkamisen aikana syyskuun 1999 ja joulukuun 2001 välillä ja noin 4 miljoonaa tieteelliseen käyttöön näkökohtia. Nämä kustannukset sisältävät joidenkin testattujen uusien laitteiden kehittämisen. Saadut tulokset ovat merkittäviä, kun otetaan huomioon tehtävän alhaiset kustannukset ja hyvin lyhyt kehitysjakso (39 kuukautta suunnittelun aloittamisen ja käynnistämisen välillä). Huolimatta monista operaation aikana kohdatuista ongelmista, avaruuskoetin saavutti kaikki tavoitteensa validoimalla kaikki uudet aluksella olevat tekniikat. Ionikäyttö on osoittanut tarkemmin, että se soveltui planeettojen väliseen tehtävään: moottori kävi kaikissa noin 15 300 tunnissa, tai 77 kertaa pienempi tavoite, joka asetettiin tehtävälle sen arvioimiseksi menestykseksi. Käyttövoima kiihdytti avaruuskoettimen 4,2 kilometriin sekunnissa kuluttamalla vain 70 kiloa ksenonia . Deep Space 1 keräsi myös vertaansa vailla olevaa tieteellistä tietoa komeeteista Borrellyn lennon aikana . Deep Space 1: n ansiosta validoidut tekniikat ovat löytäneet käytännön sovelluksia monissa myöhemmissä tehtävissä:

Huomautuksia ja viitteitä

  1. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  196
  2. Lehdistön lähetystiedosto (presskit) , s.  24-26
  3. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  196-197
  4. (sisään) "  Deep Space 1  " NASA : n kansallisessa avaruustieteen tietokeskuksessa (käytetty 10. marraskuuta 2012 )
  5. (in) ), "  Deep Space 1  " päälle EO portaalin , Euroopan avaruusjärjestön (tutustuttavissa 09 syyskuu 2018 )
  6. Press kit (presskit) , s.  28
  7. (in) "  Miniature Integrated Camera Spectrometer (MICAS)  " NASA : n kansallisessa avaruustieteen tietokeskuksessa (käytetty 10. marraskuuta 2012 )
  8. (in) Larry Söderblom et ai. , "  Advanced Technologies Miniature Integrated Camera and Spectrometer (MICAS)  " , NASA / JPL ,Helmikuu 2000, s.  1-6 ( lue verkossa )
  9. (in) "  Plasma Experiment for Planetary Exploration (ECCE)  " NASA : n kansallisessa avaruustieteen tietokeskuksessa (käytetty 10. marraskuuta 2012 )
  10. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  202
  11. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  202-203
  12. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  203
  13. (en) "  Deep Space 1: Quick Facts  " , Deep Space 1 , NASA / JPL (käytetty 10. syyskuuta 2018 )
  14. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  203-205
  15. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  205
  16. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  206-207
  17. (en) "  Deep Space 1  " , NASA (käytetty 10. marraskuuta 2012 )
  18. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  207-208
  19. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  208
  20. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  209
  21. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  209-210
  22. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  210
  23. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  210-211
  24. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  211-214
  25. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  214-215
  26. Lehdistöpakkaus (presskit) , s.  32
  27. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  197
  28. Deep Space 1 Telecommunications , s.  19
  29. Aurinkokunnan robottitutkimus, osa 3 Wow and Woes 1997-2003 , s.  198-200
  30. (in) Marc D. Rayman (NASA / JPL), "  onnistuneesti päätökseen Deep Space 1 Mission: Tärkeä Tulokset Koreileva ilman otsikkoa  " , NASA / JPL2003
  31. (in) Marc D. Rayman (NASA / JPL), "  Mission log: 11 marraskuu 2001  " , NASA / JPL11. marraskuuta 2001

Bibliografia

Artikkelin kirjoittamiseen käytetty asiakirja : tämän artikkelin lähteenä käytetty asiakirja.

NASAMuu

Katso myös

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit