Deep Space 1

Deep Space 1
Deep Space 1 clean (PIA04242).png
Konstnärskonceptet Deep Space 1
Typ av uppdrag Teknik demonstrator
Operatör NASA / JPL
COSPAR ID 1998-061A Edit this at Wikidata
SATCAT nr. 25508
Hemsida http://www.jpl.nasa.gov/missions/deep-space-1-ds1/
Uppdragets varaktighet I omloppsbana: 24 år, 3 månader, 30 dagar
Rymdskeppsegenskaper
Tillverkare Orbital Sciences Corporation
Lanseringsmassa 486 kg (1 071 lb)
Torr massa 373 kg (822 lb)
Mått 2,1 × 11,8 × 2,5 m (6,9 × 38,6 × 8,2 fot)
Kraft 2 500 watt
Uppdragets början
Lanseringsdag 24 oktober 1998, 12:08 ( 1998-10-24UTC12:08 ) UTC
Raket Delta II 7326
Starta webbplats Cape Canaveral SLC-17A
Slutet på uppdraget
Förfogande Avvecklade
Inaktiverad 18 december 2001, 20:00 ( 2001-12-18UTC21 ) UTC
Flyby av 9969 punktskrift
Närmaste tillvägagångssätt 29 juli 1999, 04:46 UTC
Distans 26 km (16 mi)
Förbiflygning av 19P/Borrelly
Närmaste tillvägagångssätt 22 september 2001, 22:29:33 UTC
Distans 2 171 km (1 349 mi)
Deep Space 1 - ds1logo.png
DS1 uppdragslogotyp

Deep Space 1 ( DS1 ) var en NASA- teknologisk demonstrationsrymdfarkost som flög förbi en asteroid och en komet . Det var en del av New Millennium-programmet , dedikerat till att testa avancerad teknik.

Deep Space 1, som lanserades den 24 oktober 1998, genomförde en förbiflygning av asteroiden 9969 punktskrift, som var dess främsta vetenskapsmål. Uppdraget utökades två gånger till att omfatta ett möte med kometen 19P/Borrelly och ytterligare tekniska tester. Problem under dess inledande skeden och med dess stjärnspårare ledde till upprepade förändringar i uppdragskonfigurationen. Medan asteroidens förbiflygning bara var en partiell framgång, fick mötet med kometen värdefull information.

Deep Space-serien fortsattes av Deep Space 2- sonderna, som lanserades i januari 1999 piggybackade på Mars Polar Lander och var avsedda att träffa Mars yta (även om kontakten förlorades och uppdraget misslyckades). Deep Space 1 var den första NASA-rymdfarkosten som använde jonframdrivning snarare än de traditionella kemikaliedrivna raketerna.

Teknologier

Syftet med Deep Space 1 var teknikutveckling och validering för framtida uppdrag; 12 tekniker testades:

  1. Solar elektrisk framdrivning
  2. Solar Concentrator Arrays
  3. Multifunktionell struktur
  4. Miniatyr integrerad kamera och bildåtergivningsspektrometer
  5. Jon- och elektronspektrometer
  6. Liten Deep Space Transponder
  7. Ka-Band Solid State effektförstärkare
  8. Beacon Monitor Operations
  9. Autonom fjärragent
  10. Lågeffektelektronik
  11. Effektaktiverings- och omkopplingsmodul
  12. Autonom navigering

Autonav

Autonav-systemet, utvecklat av NASA:s Jet Propulsion Laboratory , tar bilder av kända ljusa asteroider . Asteroiderna i det inre solsystemet rör sig i förhållande till andra kroppar med en märkbar, förutsägbar hastighet. Således kan en rymdfarkost bestämma sin relativa position genom att spåra sådana asteroider över stjärnbakgrunden, som verkar fixerad över sådana tidsskalor. Två eller flera asteroider låter rymdfarkosten triangulera sin position; två eller flera positioner i tiden låter rymdfarkosten bestämma dess bana. Befintliga rymdfarkoster spåras av deras interaktioner med sändarna från NASA Deep Space Network (DSN), i själva verket en omvänd GPS . DSN-spårning kräver dock många skickliga operatörer, och DSN är överbelastat av dess användning som ett kommunikationsnät. Användningen av Autonav minskar uppdragskostnaderna och DSN-kraven.

Autonav-systemet kan också användas i backläge och spåra kropparnas position i förhållande till rymdfarkosten. Detta används för att skaffa mål för de vetenskapliga instrumenten. Rymdfarkosten är programmerad med målets grova läge. Efter den första inhämtningen håller Autonav motivet i bild, till och med behärskar rymdfarkostens attitydkontroll. Nästa rymdskepp som använde Autonav var Deep Impact .

SCARLET koncentrerande solpanel

Den primära kraften för uppdraget producerades av en ny solarray-teknik, Solar Concentrator Array with Refractive Linear Element Technology (SCARLET), som använder linjära Fresnel-linser gjorda av silikon för att koncentrera solljus på solceller. ABLE Engineering utvecklade koncentratortekniken och byggde solpanelen för DS1, tillsammans med Entech Inc, som levererade Fresnel-optiken, och NASA Glenn Research Center . Aktiviteten sponsrades av Ballistic Missile Defense Organization, som ursprungligen utvecklades för SSI - Conestoga 1620 nyttolasten, METEOR. Den koncentrerade linsteknologin kombinerades med solceller med dubbla korsningar, som hade avsevärt bättre prestanda än GaAs- solcellerna som var toppmoderna vid tiden för uppdragets lansering.

SCARLET-matriserna genererade 2,5 kilowatt vid 1 AU, med mindre storlek och vikt än konventionella matriser.

NSTAR jonmotor

Huvudartikel: NASA Solar Technology Application Readiness

Även om jonmotorer hade utvecklats vid NASA sedan slutet av 1950-talet, med undantag för SERT- uppdragen på 1960-talet, hade tekniken inte demonstrerats under flygning på USA:s rymdfarkoster, även om hundratals Hall-effektmotorer hade använts på sovjetiska och rysk rymdfarkost. Denna avsaknad av prestandahistoria i rymden innebar att tekniken, trots de potentiella besparingarna i drivmedelsmassa, ansågs vara för experimentell för att kunna användas för högkostnadsuppdrag. Dessutom kan oförutsedda bieffekter av jonframdrivning på något sätt störa typiska vetenskapliga experiment, såsom fält och partikelmätningar. Därför var det ett primärt uppdrag för Deep Space 1- demonstrationen att visa långvarig användning av en jonpropeller på ett vetenskapligt uppdrag.

NASA Solar Technology Application Readiness (NSTAR) elektrostatisk jonpropeller , utvecklad av NASA Glenn, uppnår en specifik impuls på 1000–3000 sekunder. Detta är en storleksordning högre än traditionella rymdframdrivningsmetoder, vilket resulterar i en massbesparing på ungefär hälften. Detta leder till mycket billigare bärraketer. Även om motorn bara producerar 92 millinewton (0,33 oz f ) dragkraft vid maximal effekt (2 100 W på DS1), uppnådde farkosten höga hastigheter eftersom jonmotorer tryckte kontinuerligt under långa perioder.

Nästa rymdskepp som använde NSTAR-motorer var Dawn , med tre redundanta enheter.

Tekniker installerar jonmotor #1 i högvakuumtanken i Electric Propulsion Research Building, 1959
Den färdigmonterade Deep Space 1
Deep Space 1 experimentell soldriven jonframdrivningsmotor

Fjärragent

Remote Agent (RAX), fjärrstyrd intelligent självreparationsprogramvara utvecklad vid NASAs Ames Research Center och Jet Propulsion Laboratory, var det första kontrollsystemet med artificiell intelligens som styrde en rymdfarkost utan mänsklig övervakning. Remote Agent demonstrerade framgångsrikt förmågan att planera aktiviteter ombord och korrekt diagnostisera och svara på simulerade fel i rymdskeppskomponenter genom sin inbyggda REPL-miljö. Autonom kontroll kommer att göra det möjligt för framtida rymdfarkoster att operera på större avstånd från jorden och att utföra mer sofistikerade vetenskapsinsamlingsaktiviteter i rymden. Komponenter i programvaran Remote Agent har använts för att stödja andra NASA-uppdrag. Huvudkomponenterna i Remote Agent var en robust planerare (EUROPA), ett planexekveringssystem (EXEC) och ett modellbaserat diagnossystem (Livingstone). EUROPA användes som en markbaserad planerare för Mars Exploration Rovers . EUROPA II användes för att stödja Phoenix Mars-landaren och Mars Science Laboratory . Livingstone2 flögs som ett experiment ombord på Earth Observing-1 och på en F/A-18 Hornet vid NASA:s Dryden Flight Research Center .

Beacon Monitor

En annan metod för att minska DSN-belastningar är experimentet Beacon Monitor . Under de långa kryssningsperioderna av uppdraget är rymdfarkoster i huvudsak inställda. Istället för data sände Deep Space 1 en bärsignal på en förutbestämd frekvens. Utan dataavkodning skulle bäraren kunna detekteras av mycket enklare markantenner och mottagare. Om DS1 upptäckte en anomali ändrade den bäraren mellan fyra toner, baserat på brådska. Markmottagare signalerar sedan operatörerna att avleda DSN-resurser. Detta hindrade skickliga operatörer och dyr hårdvara från att vara barnvakt vid ett obelastat uppdrag som fungerade nominellt. Ett liknande system användes på New Horizons Pluto-sonden för att hålla kostnaderna nere under sin tioåriga kryssning från Jupiter till Pluto.

SDST

En liten Deep Space Transponder

Small Deep Space Transponder (SDST) är ett kompakt och lätt radiokommunikationssystem. Förutom att använda miniatyriserade komponenter kan SDST kommunicera över Ka - bandet . Eftersom detta band är högre i frekvens än band som för närvarande används av rymduppdrag, kan samma mängd data skickas av mindre utrustning i rymden och på marken. Omvänt kan befintliga DSN-antenner dela upp tiden mellan fler uppdrag. Vid tidpunkten för lanseringen hade DSN ett litet antal K a- mottagare installerade på experimentbasis; K a operationer och uppdrag ökar.

SDST användes senare på andra rymduppdrag som Mars Science Laboratory (Mars-rovern Curiosity ).

PEPE

Väl framme vid ett mål känner DS1 av partikelmiljön med PEPE-instrumentet (Plasma Experiment for Planetary Exploration). Detta instrument mätte flödet av joner och elektroner som en funktion av deras energi och riktning. Sammansättningen av jonerna bestämdes med användning av en flygtids-masspektrometer .

MICAS

MICAS-instrumentet (Miniature Integrated Camera And Spectrometer ) kombinerade synligt ljusavbildning med infraröd och ultraviolett spektroskopi för att bestämma kemisk sammansättning. Alla kanaler delar ett 10 cm (3,9 tum) teleskop, som använder en kiselkarbidspegel .

Både PEPE och MICAS liknade i kapacitet större instrument eller sviter av instrument på andra rymdfarkoster. De designades för att vara mindre och kräver lägre effekt än de som användes vid tidigare uppdrag.

Uppdragsöversikt

Lansering av DS1 ombord på en Delta II från Cape Canaveral SLC-17A

      Animation av DS1: s bana från 24 oktober 1998 till 31 december 2003    Deep Space 1 ·    9969 punktskrift ·    Jorden ·    19P/Borrelly

Före lanseringen var Deep Space 1 tänkt att besöka kometen 76P/West–Kohoutek–Ikemura och asteroiden 3352 McAuliffe . På grund av den försenade uppskjutningen ändrades målen till asteroiden 9969 punktskrift (vid tiden kallad 1992 KD) och kometen 107P/Wilson–Harrington . Den uppnådde en försämrad förbiflygning av punktskrift och, på grund av problem med stjärnspåraren, fick den en ny uppgift att flyga av kometen 19P/Borrelly , vilket var framgångsrikt. En förbiflygning i augusti 2002 av asteroiden 1999 KK1 som ett annat utökat uppdrag övervägdes, men till slut avancerades inte på grund av kostnadsbekymmer. Under uppdraget togs också högkvalitativa infraröda spektra av Mars .

Resultat och prestationer

Deep Space-1 sett från Hale-teleskopet på ett avstånd av 3,7 miljoner km (2,3 miljoner mi)

Jonframdrivningsmotorn havererade initialt efter 4,5 minuters drift. Den återställdes dock senare och fungerade utmärkt. Tidigt i uppdraget orsakade material som kastades ut under separering av bärraketer de tätt placerade jonutvinningsgallerna att kortsluta. Föroreningen rensades så småningom, eftersom materialet eroderades av elektriska ljusbågar, sublimerades genom avgasning eller helt enkelt fick driva ut. Detta uppnåddes genom att upprepade gånger starta om motorn i ett motorreparationsläge, och bågar över instängt material.

Man trodde att jonmotorns avgaser kunde störa andra rymdfarkostsystem, såsom radiokommunikation eller vetenskapliga instrument. PEPE-detektorerna hade en sekundär funktion för att övervaka sådana effekter från motorn. Ingen interferens hittades även om flödet av joner från thrustern hindrade PEPE från att observera joner under cirka 20 eV.

Ett annat misslyckande var förlusten av stjärnspåraren . Stjärnspåraren bestämmer rymdfarkostens orientering genom att jämföra stjärnfältet med dess interna sjökort. Uppdraget räddades när MICAS-kameran omprogrammerades för att ersätta stjärnspåraren. Även om MICAS är känsligare, är dess synfält en storleksordning mindre, vilket skapar en större informationsbehandlingsbörda. Ironiskt nog var stjärnspåraren en komponent från hyllan som förväntas vara mycket tillförlitlig.

Utan en fungerande stjärnspårare avbröts jonframdrivningen tillfälligt. Förlusten av dragkraftstid tvingade in en förbiflygning förbi kometen 107P/Wilson–Harrington .

Autonav-systemet krävde enstaka manuella korrigeringar. De flesta problem var att identifiera objekt som var för mörka, eller som var svåra att identifiera på grund av ljusare objekt som orsakade diffraktionsspikar och reflektioner i kameran, vilket fick Autonav att felidentifiera mål.

Remote Agent-systemet presenterades med tre simulerade fel på rymdfarkosten och hanterade varje händelse korrekt.

  1. en trasig elektronikenhet, som Remote Agent fixade genom att återaktivera enheten.
  2. en misslyckad sensor som ger falsk information, som Remote Agent kände igen som opålitlig och därför korrekt ignorerade.
  3. en attitydkontrollpropeller (en liten motor för att styra rymdfarkostens orientering) fast i "av"-läget, vilket Remote Agent upptäckte och kompenserade för genom att byta till ett läge som inte förlitade sig på den propellern.

Sammantaget utgjorde detta en framgångsrik demonstration av helt autonom planering, diagnos och återhämtning.

MICAS-instrumentet var en designframgång, men den ultravioletta kanalen misslyckades på grund av ett elektriskt fel. Senare i uppdraget, efter stjärnspårarens misslyckande, tog MICAS på sig denna uppgift också. Detta orsakade ständiga avbrott i dess vetenskapliga användning under det återstående uppdraget, inklusive mötet med kometen Borrelly.

9969 punktskrift som avbildats av DS1
Comet 19P/Borrelly avbildad bara 160 sekunder före DS1:s närmaste inflygning

Förbiflygningen av asteroiden 9969 blindskrift var bara en delvis framgång. Deep Space 1 var tänkt att utföra förbiflygningen i 56 000 km/h (35 000 mph) på endast 240 m (790 fot) från asteroiden. På grund av tekniska svårigheter, inklusive en programkrasch kort före inflygning, passerade farkosten istället punktskrift på ett avstånd av 26 km (16 mi). Detta, plus punktskrifts nedre albedo , innebar att asteroiden inte var tillräckligt ljus för att Autonav skulle fokusera kameran i rätt riktning, och bildtagningen försenades med nästan en timme. De resulterande bilderna var en besvikelse otydliga.

Kometen Borrlys förbiflygning var dock en stor framgång och gav extremt detaljerade bilder av kometens yta. Sådana bilder hade högre upplösning än de enda tidigare bilderna av en komet - Halley's Comet , tagna av rymdfarkosten Giotto . PEPE-instrumentet rapporterade att kometens solvindsinteraktion var förskjuten från kärnan. Detta tros bero på utsläpp av jetstrålar, som inte var jämnt fördelade över kometens yta.

Trots att de inte hade några skräpsköldar överlevde rymdfarkosten kometpassagen intakt. Återigen verkade de glesa kometstrålarna inte peka mot rymdfarkosten. Deep Space 1 gick sedan in i sin andra utökade uppdragsfas, fokuserad på att testa om rymdfarkostens hårdvaruteknik. Fokus för denna uppdragsfas låg på jonmotorsystemen. Rymdfarkosten fick så småningom slut på hydrazinbränsle för sina attitydkontrollpropeller. Den mycket effektiva jonpropellern hade en tillräcklig mängd drivmedel kvar för att utföra attitydkontroll utöver huvudframdrivningen, vilket gjorde att uppdraget kunde fortsätta.

Under slutet av oktober och början av november 1999, under rymdfarkostens kustfas efter punktskrift, observerade Deep Space 1 Mars med sitt MICAS-instrument. Även om detta var en mycket avlägsen förbiflygning, lyckades instrumentet ta flera infraröda spektra av planeten.

Nuvarande status

Deep Space 1 lyckades med sina primära och sekundära mål och returnerade värdefulla vetenskapliga data och bilder. DS1:s jonmotorer stängdes av den 18 december 2001 ungefär klockan 20:00:00 UTC, vilket signalerade slutet på uppdraget. Kommunikationen ombord var inställd på att förbli i aktivt läge om farkosten skulle behövas i framtiden. Försöken att återuppta kontakten i mars 2002 misslyckades dock. Den förblir i solsystemet, i omloppsbana runt solen.

Statistik

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Deep_Space_1&oldid=1135218471 "