딥 스페이스 1

Deep Space 1
딥 스페이스 1
Deep Space 1 clean (PIA04242).png
딥 스페이스 1의 아티스트 컨셉
미션 타입테크놀로지 데모레이터
교환입니다.NASA/JPL
COSPAR ID1998-061A Edit this at Wikidata
새캣25508
웹 사이트http://www.jpl.nasa.gov/missions/deep-space-1-ds1/
미션 기간궤도 내: 23년 9개월 9일
우주선 속성
제조원오비탈 사이언스 코퍼레이션
발사 질량486 kg (1,071파운드)[1]
건조 질량373 kg (822파운드)[1]
치수2.1 × 11.8 × 2.5 m (6.9 × 38.6 × 8.2 피트)
힘2,500와트[1]
임무 개시
발매일1998년 10월 24일 12:08 (1998-10-24)UTC 12:08[2]) UTC
로켓델타 II 7326[1]
발사장소케이프 커내버럴 SLC-17A[1]
임무 종료
처리.폐지되었다
비활성화됨2001년 12월 18일 20:00 (2001-12-18)UTC21) UTC[2]
9969 점자 플라이바이
가장 가까운 접근법1999년 7월 29일 04:46[2] UTC
거리26 km (16 mi)
19P/보렐리 플라이바이
가장 가까운 접근법2001년 9월 22일 22:29:33[2] UTC
거리2,171km(1,140mi)
Deep Space 1 - ds1logo.png
DS1 미션 로고

딥 스페이스 1(DS1)은 소행성과 혜성을 지나 비행한 NASA의 기술 시연 우주선이다.그것은 첨단 기술을 테스트하는 데 전념하는 새 밀레니엄 프로그램의 일부였다.

1998년 10월 24일 발사된 딥 스페이스 1호 우주선은 소행성 9969 점자를 통과시켜 주요 과학 목표물이었다.이 임무는 혜성 19P/보렐리와의 조우 및 추가적인 엔지니어링 테스트를 포함하기 위해 두 번 연장되었다.초기 단계와 스타 트래커의 문제로 인해 미션 구성이 반복적으로 변경되었습니다.소행성의 근접 비행은 부분적인 성공이었지만 혜성과의 만남은 귀중한 정보를 얻었다.이 임무를 계속하기 위해서는 탑재된 12개의 기술 중 3개가 운반 로켓에서 분리된 지 몇 분 안에 작동해야 했다.

딥 스페이스 시리즈는 1999년 1월 화성 폴라 랜더에 업혀 발사된 딥 스페이스 2 탐사선에 의해 계속되었다. 이 탐사선은 화성 표면에 충돌하기 위한 것이었다.딥 스페이스 1호는 전통적인 화학 동력 [3]로켓 대신 이온 추진 방식을 사용한 최초의 NASA 우주선이다.

테크놀로지

Deep Space 1의 목적은 기술 개발과 향후 임무에 대한 검증으로, 12개의 기술이 [4]테스트되었습니다.

  1. 솔라 일렉트릭
  2. 솔라 콘센트레이터 어레이
  3. 다기능 구조
  4. 미니어처 일체형 카메라 및 이미징 분광계
  5. 이온 및 전자 분광계
  6. 소형 딥 스페이스 트랜스폰더
  7. Ka-밴드 솔리드 스테이트 파워앰프
  8. 비콘 모니터 조작
  9. Autonomous Remote 에이전트
  10. 저전력 전자제품
  11. 전원 작동 및 스위칭 모듈
  12. Autonomunomous Navigation(자율 네비게이션)

오토나브

나사의 제트 추진 연구소에 의해 개발된 오토나브 시스템은 알려진 밝은 소행성의 이미지를 촬영합니다.태양계 내부의 소행성은 눈에 띄게 예측 가능한 속도로 다른 물체와 상대적으로 움직인다.따라서 우주선은 별 배경에 걸쳐 이러한 소행성을 추적함으로써 상대적인 위치를 결정할 수 있으며, 이러한 소행성은 시간표에 따라 고정된 것으로 보인다.두 개 이상의 소행성은 우주선이 위치를 삼각측량하도록 하고, 두 개 이상의 시간적 위치는 우주선이 궤도를 결정하도록 한다.현존하는 우주선은 NASA 딥 스페이스 네트워크의 송신기와의 상호작용에 의해 추적되며, 사실상 역 GPS이다.그러나 DSN 추적에는 많은 숙련된 오퍼레이터가 필요하며 DSN은 통신 네트워크로 사용되기 때문에 과부하가 걸립니다.Autonav를 사용하면 미션 비용과 DSN 요구를 줄일 수 있습니다.

Autonav 시스템은 또한 우주선에 상대적인 신체 위치를 추적하는 역방향으로 사용될 수 있습니다.이것은 과학 장비의 목표물을 획득하는 데 사용됩니다.그 우주선은 목표물의 거친 위치에 프로그램 되어 있다.최초 획득 후, Autonav는 피사체를 프레임에 넣어두며, 심지어 우주선의 자세 [5]제어까지 명령합니다.오토나브를 사용한 다음 우주선은 딥 임팩트였다.

주홍색 집광 태양 어레이

이 임무를 위한 1차 전력은 새로운 태양 전지 기술인 Solar Concentrator Array with Reflective Linear Element Technology (SCARlet)에 의해 생산되었는데, 이 기술은 태양 [6]전지에 햇빛을 집중시키기 위해 실리콘으로 만들어진 선형 프레넬 렌즈를 사용한다.에이블 엔지니어링은 프레넬 광학을 공급한 엔텍사와 NASA 글렌 연구 센터와 함께 콘센트레이터 기술을 개발하고 DS1용 태양광 어레이를 구축했다.이 활동은 탄도미사일방어기구가 후원했다.집광렌즈 기술은 발사 당시 최첨단이었던 GaAs 태양전지보다 훨씬 뛰어난 성능을 가진 이중 접합 태양전지와 결합됐다.

SCARLET 어레이는 1AU에서 2.5kW의 전력을 발생시켜 기존 어레이보다 크기와 무게가 낮습니다.

NSTAR 이온 엔진

주요 기사: NASA Solar Technology Application Readiness

비록 이온 엔진은 1950년대 후반부터 NASA에서 개발되었지만, 1960년대 SERT 임무를 제외하고, 비록 수백 개의 홀 효과 엔진이 소련과 러시아 우주선에 사용되었지만, 이 기술은 미국 우주선에서 비행 중에 입증되지 않았다.우주에서의 성능 이력의 부족은 추진제 질량의 잠재적 절감에도 불구하고, 그 기술은 비용이 많이 드는 임무에 사용하기에는 너무 실험적인 것으로 여겨졌음을 의미했다.게다가 이온 추진의 예상치 못한 부작용은 어떤 식으로든 필드 및 입자 측정과 같은 전형적인 과학 실험을 방해할 수 있다.따라서, 과학 [7]임무에 이온 추진기를 장기간 사용하는 것을 보여주는 것이 딥 스페이스 1 시연의 주요 임무였다.

NASA Glenn이 개발한 NASA Solar Technology Application Readiness(NSTAR) 정전 이온 추진기는 1000~3000초의 특정 임펄스를 달성합니다.이는 기존 우주 추진 방식보다 훨씬 높은 수준으로, 약 절반의 대량 절감 효과를 가져옵니다.이것은 훨씬 더 저렴한 발사체로 이어진다.이 엔진은 최대출력(DS1의 경우 2100W)에서 92밀리뉴턴(0.33온스f)의 추력을 내는 데 그쳤지만 이온엔진이 [7]장시간 지속적으로 추력을 내기 때문에 고속을 달성했다.

NSTAR 엔진을 사용한 다음 우주선은 던으로, 세 개의 예비 [8]유닛이 있었다.

1959년 전기추진연구동 고진공 탱크에 이온엔진 #1을 설치한 기술자
완전히 조립된 딥 스페이스 1
딥 스페이스 1 실험용 태양광 이온 추진 엔진

리모트 에이전트

NASA의 에임스 연구 센터와 제트 추진 연구소에서 개발한 원격 지능형 자가 복구 소프트웨어인 원격 에이전트(RAX)는 인간의 [9]감독 없이 우주선을 조종하는 최초의 인공지능 제어 시스템이었다.Remote Agent는 내장된 리플리케이션 [10]환경을 통해 온보드 액티비티를 계획하고 우주선 컴포넌트의 시뮬레이션된 장애를 올바르게 진단 및 대응하는 기능을 성공적으로 시연했습니다.자율 제어는 미래의 우주선이 지구에서 더 멀리 떨어진 곳에서도 작동할 수 있게 하고 더 정교한 과학 수집 활동을 할 수 있게 할 것이다.Remote Agent 소프트웨어의 컴포넌트는 다른 NASA 미션 지원에 사용되고 있습니다.Remote Agent의 주요 컴포넌트는 견고한 플래너(EUropa), 계획 실행 시스템(EXEC), 모델 기반 진단 시스템(Livingstone)[10]이었습니다.Europa는 화성탐사선(Mars Explorer Robers)의 지상 설계자로 사용되었다.Europa II는 피닉스 화성 착륙선과 화성 과학 연구소를 지원하기 위해 사용되었다.Livingstone2는 지구관측-1과 NASA 드라이든 비행연구센터의 F/A-18 말벌에 탑승하여 실험으로 비행되었다.

비콘 모니터

DSN 부담을 줄이는 또 다른 방법은 비콘 모니터 실험입니다.이 임무의 긴 순항 기간 동안, 우주선 운영은 근본적으로 중단된다.데이터 대신 소정의 주파수로 반송파 신호를 발사한다.데이터 디코딩이 없으면 반송파가 훨씬 더 단순한 접지 안테나 및 수신기로 탐지될 수 있습니다.우주선이 이상 징후를 감지하면 긴급도에 따라 4가지 톤으로 항공모함을 바꾼다.다음으로 접지 수신기는 DSN 자원을 우회하도록 오퍼레이터에게 신호를 보냅니다.이것에 의해, 숙련된 오퍼레이터와 고가의 하드웨어가, 명목상으로는 부담 없는 업무를 처리할 수 없게 됩니다.비슷한 시스템이 목성에서 명왕성으로 가는 10년간의 항해 동안 비용을 낮추기 위해 뉴 호라이즌스 명왕성 탐사선에도 사용되었다.

SDST

소형 딥 스페이스 트랜스폰더

Small Deep Space Transponder(SDST)는 소형 경량 무선 통신 시스템입니다.소형화된 컴포넌트를 사용하는 것 외에 SDST는 K대역을 통해a 통신할 수 있습니다.이 대역은 현재 심우주 임무에서 사용하는 대역보다 주파수가 높아 우주와 지상의 소형 장비로도 같은 양의 데이터를 전송할 수 있다.반대로 기존 DSN 안테나는 여러 미션 간에 시간을 분할할 수 있습니다.출시 당시 DSN에는 소수의 K리시버가 실험적으로a 설치되어 있었으며a K의 조작과 미션이 증가하고 있습니다.

SDST는 후에 화성 과학 연구소 (화성 탐사선 [11]큐리오시티)와 같은 다른 우주 임무에 사용되었다.

pepe.

목표물에 도달하면 DS1은 행성탐사용 플라스마 실험(PEPE) 기기로 입자 환경을 감지한다.이 기구는 이온과 전자의 유속을 에너지와 방향의 함수로 측정했다.이온의 조성은 비행시간 질량 분석계를 사용하여 측정되었다.

마이크

MICAS(Minuature Integrated Camera And Spectrometer) 계측기는 가시광선 영상과 적외선 및 자외선 분광법을 결합하여 화학 성분을 측정하였다.모든 채널은 실리콘 카바이드 미러를 사용하는 10cm(3.9인치) 망원경을 공유합니다.

PEPE와 MICAS는 모두 다른 우주선에 탑재된 대형 계기 또는 계기 세트와 성능이 유사했다.그들은 이전 임무에서 사용된 것보다 더 작고 더 낮은 전력을 요구하도록 설계되었다.

미션의 개요

Cape Canaveral SLC-17A에서 델타 II를 탑재한 DS1 발사
1998년 10월 24일부터 2003년 12월 31일까지의 DS1 궤도 애니메이션
딥 스페이스 1· 9969 점자· 지구· 19P/보렐리

Deep Space 1은 발사 전에 혜성 76P/West-Kohoutek를 방문할 예정이었습니다.이케무라와 소행성 3352 매콜리프.[12]발사 지연으로 인해 목표물은 소행성 9969 점자(당시 1992 KD로 불림)와 혜성 107P/윌슨-해링턴으로 [12]변경되었다.그것은 점자 통과 장애에 성공했고, 스타 트래커 문제로 인해 혜성 19P/보렐리에 의해 비행하도록 임무를 다시 수행했고,[13] 성공적으로 비행했다.2002년 8월 소행성 1999 KK1의 비행이 또 다른 연장 임무로 고려되었지만, 결국 비용 [14][15]문제로 진행되지 않았다.이번 임무에서 화성의 고품질 적외선 스펙트럼도 [13][16]포착됐다.

성과와 성과

370만 km(230만 mi) 거리에서 헤일 망원경으로 본 딥 스페이스-1

이온 추진 엔진은 작동 후 4.5분 후에 고장났습니다.하지만, 그것은 나중에 다시 실행되었고 훌륭하게 수행되었습니다.임무 초기에, 발사체 분리 중에 방출된 물질로 인해 긴밀하게 간격을 둔 이온 추출 그리드가 단락되었습니다.전기 아크로 인해 물질이 침식되거나, 가스가 밖으로 빠져나가거나, 단순히 떠내려가거나, 오염이 제거되었습니다.이는 엔진 수리 모드에서 엔진을 반복적으로 재시동하고 끼인 [17]물질을 가로질러 호를 그리면서 실현되었습니다.

이온 엔진 배기가스는 무선 통신이나 과학 기구와 같은 다른 우주선 시스템을 방해할 수 있다고 생각되었다.PPE 검출기에는 엔진으로부터의 그러한 영향을 감시하는 세컨더리 기능이 있습니다.스러스터의 이온 플럭스로 인해 PPE가 약 20eV 미만의 이온을 관찰하지 못했지만 간섭은 발견되지 않았습니다.

또 다른 실패는 스타 트래커의 손실이었다.Star Tracker는 항성장과 내부 차트를 비교하여 우주선 방향을 결정합니다.미션은 MICAS 카메라가 스타 트래커를 대체하도록 재프로그래밍되었을 때 저장되었습니다.MICAS는 감도가 높지만 시야가 훨씬 작기 때문에 정보처리 부담이 커집니다.아이러니하게도 스타 트래커는 시판 부품으로 [13]신뢰성이 매우 높을 것으로 기대되고 있습니다.

스타 트래커가 작동하지 않으면 이온 추력이 일시적으로 중단되었습니다.추력 시간의 상실로 인해 혜성 107P/윌슨-해링턴의 통과가 취소되었다.

Autonav 시스템은 때때로 수동 수정이 필요했습니다.대부분의 문제는 너무 어둡거나 밝은 물체가 회절 스파이크와 카메라의 반사를 일으켜 Autonav가 대상을 잘못 식별했기 때문에 식별하기 어려웠습니다.

Remote Agent 시스템은 우주선에서의 세 가지 모의 장애와 각 이벤트를 올바르게 처리했습니다.

  1. 리모트 에이전트가 장치를 다시 활성화하여 수리한 고장 전자 장치입니다.
  2. Remote Agent가 신뢰할 수 없는 것으로 인식하여 올바르게 무시한 잘못된 정보를 제공하는 고장 센서입니다.
  3. 자세 제어 스러스터(우주선의 방향을 제어하기 위한 작은 엔진)는 "OFF" 위치에 고착되어 있으며, 원격 에이전트는 스러스터에 의존하지 않는 모드로 전환하여 이를 감지하고 보상했습니다.

전반적으로 이것은 완전히 자율적인 계획, 진단 및 복구의 성공적인 데모를 구성했다.

MICAS 계측기는 설계에 성공했지만 전기 고장으로 자외선 채널이 고장났습니다.임무의 후반부에서 스타 트래커가 고장난 후, MICAS도 이 임무를 맡았다.이로 인해 볼렐리 [18]혜성을 포함한 남은 임무 동안 과학적으로 계속 사용이 중단되었다.

9969 DS1에 의해 이미지화된 점자
혜성 19P/보렐리가 DS1 접근 160초 전에 촬영

소행성 9969 점자의 통과는 부분적인 성공일 뿐이다.딥 스페이스 1은 소행성으로부터 불과 240미터(790피트) 떨어진 곳에서 시속 56,000킬로미터(35,000mph)의 속도로 비행하기 위한 것이었다.접근 직전 소프트웨어 충돌을 포함한 기술적 어려움으로 인해, 그 비행기는 대신 26 km(16 mi) 거리에서 점자를 통과했다.이것은 게다가 점자의 낮은 알베도는 오토나브가 카메라를 올바른 방향으로 초점을 맞추기에 충분히 밝지 않았다는 것을 의미했고, 사진 촬영은 거의 한 [13]시간 지연되었다.결과물은 실망스럽게도 불분명했다.

하지만, 보렐리 혜성의 비행은 큰 성공을 거두었고 혜성 표면의 매우 상세한 이미지를 돌려주었다.이러한 사진들은 지오토 우주선이 찍은 이전의 유일한 혜성 핼리 혜성 사진들보다 더 높은 해상도를 가지고 있다.PPE 기구는 혜성의 태양풍 상호작용이 핵에서 상쇄되었다고 보고했다.이는 혜성 표면에 고르게 분포되지 않은 제트의 방출 때문인 것으로 추정된다.

파편 보호막이 없음에도 불구하고, 우주선은 혜성 통과에서 온전하게 살아남았다.다시 한번, 희박한 혜성 제트기는 우주선을 가리키는 것처럼 보이지 않았다.딥 스페이스 1호는 이후 우주선의 하드웨어 기술을 재시험하는 데 초점을 맞춘 두 번째 확장 임무 단계에 들어갔다.이 임무 단계의 초점은 이온 엔진 시스템에 맞춰졌다.그 우주선은 마침내 자세 제어 추진기의 히드라진 연료를 다 써버렸다.고효율 이온 추진기는 메인 추진 외에 자세 제어를 수행할 수 있는 충분한 양의 추진제가 남아 있어 임무를 [18]계속할 수 있었다.

1999년 10월 하순과 11월 상순, 우주선의 점액 조우 후 해안 단계에서 딥 스페이스 1은 MICAS 기기로 화성을 관측했다.비록 이것이 매우 먼 근접 비행이었지만,[13][16] 그 기기는 행성의 다중 적외선 스펙트럼을 포착하는데 성공했다.

현황

Deep Space 1은 1차 및 2차 목표에 성공하여 귀중한 과학 데이터와 이미지를 반환했습니다.DS1의 이온 엔진은 2001년 12월 18일 약 20:00:00 UTC에 정지되어 임무의 종료를 알렸다.선내 통신은 향후 우주선이 필요할 경우에 대비하여 활성 모드로 유지되도록 설정되었다.그러나 2002년 3월 접촉을 재개하려는 시도는 실패했다.[18]그것은 태양계 내,[2] 태양 주위를 도는 궤도에 남아 있다.

통계 정보

  • 발사중량: 486kg (1,071파운드)
  • 건조 질량: 373 kg (822파운드)
  • 연료: 자세 제어 스러스터용 히드라진 31kg(68lb), NSTAR 이온[1] 엔진용 크세논 82kg(181lb)
  • 출력: 2,500와트, 그 중 2,100와트 이온 엔진 전원
  • 주요 계약자:스펙트럼 아스트로는 후에 제너럴 다이내믹스에 인수되어 후에 Orbital Sciences Corporation에 매각되었습니다.
  • 발사체:보잉 델타 II 7326
  • 출시 장소:케이프 커내버럴 공군기지 우주발사단지 17A.
  • 총비용: 1억4970만달러
  • 개발비: 9,480만달러
  • 담당자:
    • 프로젝트 매니저: David Leman
    • 미션 매니저:필립 바르헤스
    • 최고 미션 엔지니어 및 부 미션 매니저:마크 레이먼
    • 프로젝트 사이언티스트: Robert Nelson

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레퍼런스

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외부 링크

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