CERCA DE Zapatero

Near Earth Asteroid Rendezvous - Shoemaker (NEAR Shoemaker), renombrado después de su lanzamiento en 1996 en honor a El científico planetario Eugene Shoemaker, fue una sonda espacial robótica diseñada por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins para la NASA para estudiar el asteroide cercano a la Tierra Eros desde una órbita cercana durante un período de un año. Fue la primera nave espacial en orbitar con éxito un asteroide y también aterrizar en un asteroide. En febrero de 2000, la misión logró acercarse al asteroide y luego lo orbitó varias veces. El 12 de febrero de 2001, la misión logró aterrizar en el asteroide. Fue cancelado poco más de dos semanas después.

El principal objetivo científico de NEAR era proporcionar datos sobre las propiedades generales, la composición, la mineralogía, la morfología, la distribución de masa interna y el campo magnético de Eros. Los objetivos secundarios incluyen estudios de las propiedades del regolito, las interacciones con el viento solar, la posible actividad actual indicada por el polvo o el gas y el estado de giro del asteroide. Estos datos se utilizarán para ayudar a comprender las características de los asteroides en general, su relación con los meteoritos y los cometas, y las condiciones en el Sistema Solar primitivo. Para lograr estos objetivos, la nave espacial estaba equipada con un espectrómetro de rayos X/rayos gamma, un espectrógrafo de imágenes de infrarrojo cercano, una cámara multiespectral equipada con un detector de imágenes CCD, un telémetro láser y un magnetómetro. También se realizó un experimento científico de radio utilizando el sistema de seguimiento NEAR para estimar el campo de gravedad del asteroide. La masa total de los instrumentos era de 56 kg (123 lb), lo que requería 80 vatios de potencia.

Desarrollo

NEAR fue la primera sonda espacial robótica construida por el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins. Un plan anterior para la misión era ir a 4660 Nereus y hacer un sobrevuelo de 2019 van Albada en ruta. En enero de 2000 se encontraría con Nereus pero en lugar de quedarse visitaría múltiples asteroides y cometas. Algunas de las opciones que se discutieron fueron 2P/Encke, 433 Eros (que se convirtió en el objetivo principal de la misión), 1036 Ganymed, 4 Vesta y 4015 Wilson–Harrington. El Small-Body Grand Tour fue un plan para visitar dos asteroides y dos cometas en un lapso de una década con la nave espacial.

Perfil de la misión

asteroides cercanos a la Tierra Eros como se ve desde NEAR nave espacial.

Resumen

El objetivo principal de la misión era estudiar el asteroide cercano a la Tierra 433 Eros desde la órbita durante aproximadamente un año. Eros es un asteroide de tipo S de aproximadamente 13 × 13 × 33 km de tamaño, el segundo asteroide cercano a la Tierra más grande. Inicialmente la órbita era circular con un radio de 200 km. El radio de la órbita se redujo en etapas a una órbita de 50 × 50 km el 30 de abril de 2000 y disminuyó a 35 × 35 km el 14 de julio de 2000. La órbita se elevó en los meses siguientes a una órbita de 200 × 200 km. y luego disminuyó lentamente y se alteró a una órbita retrógrada de 35 × 35 km el 13 de diciembre de 2000. La misión terminó con un aterrizaje en la 'silla de montar'. región de Eros el 12 de febrero de 2001.

Algunos científicos afirman que el objetivo final de la misión era vincular a Eros, un cuerpo asteroidal, con los meteoritos recuperados en la Tierra. Con suficientes datos sobre la composición química, se podría establecer un vínculo causal entre Eros y otros asteroides de tipo S, y aquellos meteoritos que se cree que son piezas de asteroides de tipo S (quizás el propio Eros). Una vez que se establece esta conexión, el material del meteorito se puede estudiar con equipos grandes, complejos y en evolución, y los resultados se pueden extrapolar a cuerpos en el espacio. NEAR no probó ni refutó este vínculo a satisfacción de los científicos.

Entre diciembre de 1999 y febrero de 2001, NEAR utilizó su espectrómetro de rayos gamma para detectar estallidos de rayos gamma como parte de la Red Interplanetaria.

El viaje a Mathilde

Lanzamiento NEAR, febrero de 1996

Después del lanzamiento en un Delta 7925-8 (un vehículo de lanzamiento Delta II con nueve propulsores de cohetes sólidos acoplados y una tercera etapa Star 48 (PAM-D)) el 17 de febrero de 1996 y la salida de la órbita terrestre, NEAR entró en la primera parte de su fase de crucero. NEAR pasó la mayor parte de la fase de crucero en una "hibernación" de actividad mínima. estado, que finalizó unos días antes del sobrevuelo del asteroide 253 Mathilde de 61 km de diámetro.

Una de las imágenes del flyby de 253 Mathilde

El 27 de junio de 1997, NEAR sobrevoló a Mathilde en un radio de 1200 km a las 12:56 UT a 9,93 km/s y devolvió imágenes y otros datos del instrumento. El sobrevuelo produjo más de 500 imágenes, cubriendo el 60% de la superficie de Mathilde, así como datos gravitacionales que permitieron calcular las dimensiones y la masa de Mathilde.

El viaje a Eros

El 3 de julio de 1997, NEAR ejecutó la primera gran maniobra en el espacio profundo, un encendido en dos partes del propulsor principal de 450 N. Esto disminuyó la velocidad en 279 m/s y redujo el perihelio de 0,99 AU a 0,95 AU. El paso de asistencia por gravedad de la Tierra ocurrió el 23 de enero de 1998 a las 7:23 UT. El acercamiento más cercano fue de 540 km, alterando la inclinación orbital de 0,5 a 10,2 grados, y la distancia del afelio de 2,17 a 1,77 AU, casi igualando las de Eros. La instrumentación estaba activa en este momento.

Fracaso del primer intento de inserción orbital

La primera de las cuatro quemas de encuentro programadas se intentó el 20 de diciembre de 1998 a las 22:00 UT. La secuencia de grabación se inició pero se abortó de inmediato. Posteriormente, la nave espacial entró en modo seguro y comenzó a dar vueltas. Los propulsores de la nave espacial se dispararon miles de veces durante la anomalía, que gastó 29 kg de propulsor y redujo a cero el margen de propulsor del programa. Esta anomalía casi resultó en la pérdida de la nave espacial debido a la falta de orientación solar y el posterior agotamiento de la batería. No se pudo establecer contacto entre la nave espacial y el control de la misión durante más de 24 horas. No se ha determinado la causa raíz de este incidente, pero los errores operativos y de software contribuyeron a la gravedad de la anomalía.

El plan original de la misión requería que los cuatro encendidos fueran seguidos por un encendido de inserción en órbita el 10 de enero de 1999, pero el aborto del primer encendido y la pérdida de comunicación lo hicieron imposible. Se puso en marcha un nuevo plan en el que NEAR sobrevoló Eros el 23 de diciembre de 1998 a las 18:41:23 UT a una velocidad de 965 m/s y a una distancia de 3827 km del centro. de masa de Eros. La cámara tomó imágenes de Eros, el espectrógrafo de infrarrojo cercano recopiló datos y se realizó un seguimiento por radio durante el sobrevuelo. Se realizó una maniobra de encuentro el 3 de enero de 1999, que involucró un encendido del propulsor para que coincida con NEAR's velocidad orbital a la de Eros. El 20 de enero se quemó un propulsor de hidracina para ajustar la trayectoria. El 12 de agosto, un encendido del propulsor de dos minutos redujo la velocidad de la nave espacial en relación con Eros a 300 km/h.

Inserción orbital

La inserción orbital alrededor de Eros ocurrió el 14 de febrero de 2000, a las 15:33 UT (10:33 EST) después de que NEAR completara una órbita heliocéntrica de 13 meses que coincidía estrechamente con la órbita de Eros. Una maniobra de encuentro se completó el 3 de febrero a las 17:00 UT, reduciendo la velocidad de la nave espacial de 19,3 a 8,1 m/s en relación con Eros. Otra maniobra tuvo lugar el 8 de febrero aumentando ligeramente la velocidad relativa a 9,9 m/s. Las búsquedas de satélites de Eros se realizaron el 28 de enero y el 4 y 9 de febrero; no se encontró ninguno. Los escaneos tenían fines científicos y para mitigar cualquier posibilidad de colisión con un satélite. NEAR entró en una órbita elíptica de 321 × 366 km alrededor de Eros el 14 de febrero. La órbita se redujo lentamente a una órbita polar circular de 35 km el 14 de julio. NEAR permaneció en esta orbitó durante 10 días y luego retrocedió en etapas a una órbita circular de 100 km el 5 de septiembre de 2000. Las maniobras a mediados de octubre llevaron a un sobrevuelo de Eros dentro de los 5,3 km de la superficie a las 07:00 UT el 26 de octubre.

• 

  Gráfico trayeccionista que representa el viaje del NEAR naves espaciales

• 

  Animación de NEAR Shoemaker's trayectoria del 19 de febrero de 1996, al 12 de febrero de 2001

  • NEAR Shoemaker
  • Eros
  • Tierra
  • Mathilde
  • Sol
• 

  Animación de NEAR Shoemaker's trayectoria alrededor de Eros del 1 de abril de 2000 al 12 de febrero de 2001

  • NEAR Shoemaker
  • 433 Eros

Órbitas y aterrizaje

Eros de aproximadamente 250 metros de altitud (la superficie de la imagen es aproximadamente 12 metros de ancho). Esta imagen fue tomada durante NEAR's descenso a la superficie del asteroide.

Después del sobrevuelo, NEAR se movió a una órbita circular de 200 km y cambió la órbita de casi polar prograda a una órbita casi ecuatorial retrógrada. El 13 de diciembre de 2000, la órbita se cambió de nuevo a una órbita baja circular de 35 km. A partir del 24 de enero de 2001, la nave espacial comenzó una serie de pases cercanos (de 5 a 6 km) a la superficie y el 28 de enero pasó de 2 a 3 km del asteroide. Luego, la nave espacial realizó un descenso lento y controlado a la superficie de Eros que finalizó con un aterrizaje justo al sur de la característica en forma de silla de montar Himeros el 12 de febrero de 2001, aproximadamente a las 20:01 UT (3:01 pm EST). Para sorpresa de los controladores, la nave espacial no sufrió daños y estuvo operativa después del aterrizaje a una velocidad estimada de 1,5 a 1,8 metros por segundo (convirtiéndose así en la primera nave espacial en realizar un aterrizaje suave en un asteroide). Después de recibir una extensión del tiempo de antena en Deep Space Network, el espectrómetro de rayos gamma de la nave espacial se reprogramó para recopilar datos sobre la composición de Eros desde un punto de vista a unas 4 pulgadas (100 mm) de la superficie donde era diez veces más sensible que cuando se usaba en órbita. Este aumento en la sensibilidad se debió en parte a la mayor proporción de la señal de Eros en comparación con el ruido generado por la propia sonda. El impacto de los rayos cósmicos en el sensor también se redujo en aproximadamente un 50 %.

A las 19:00 h. EST del 28 de febrero de 2001, se recibieron las últimas señales de datos de NEAR Shoemaker antes de que se apagara. Un intento final de comunicarse con la nave espacial el 10 de diciembre de 2002 no tuvo éxito. Esto probablemente se debió a las condiciones extremas de −279 °F (−173 °C, 100 K) que experimentó la sonda mientras estaba en Eros.

Naves espaciales y subsistemas

NEAR nave espacial dentro de su cohete Delta II.

Nave espacial

La nave espacial tiene la forma de un prisma octogonal, de aproximadamente 1,7 m de lado, con cuatro paneles solares fijos de arseniuro de galio en disposición de molino de viento, una antena de radio fija de banda X de alta ganancia de 1,5 m con un magnetómetro montado en el alimentación de antena y un monitor solar de rayos X en un extremo (la cubierta de proa), con los otros instrumentos fijados en el extremo opuesto (la cubierta de popa). La mayoría de los componentes electrónicos se montaron en el interior de las cubiertas. El módulo de propulsión estaba contenido en el interior. La decisión de montar instrumentos en el cuerpo de la nave espacial en lugar de usar brazos resultó en la necesidad de proteger el espectrómetro de rayos gamma del ruido generado por la nave. Se usó un escudo de germanato de bismuto, aunque resultó solo moderadamente efectivo.

La nave se estabilizó en tres ejes y utilizó un propulsor principal de 450 newton (N) con un solo bipropulsor (hidracina/tetróxido de nitrógeno), y cuatro propulsores de hidracina de 21 N y siete de 3,5 N para la propulsión, con un potencial delta-V total de 1450 m/seg. El control de actitud se logró utilizando los propulsores de hidracina y las cuatro ruedas de reacción. El sistema de propulsión transportaba 209 kg de hidracina y 109 kg de oxidante NTO en dos tanques de oxidante y tres de combustible.

La energía fue proporcionada por cuatro paneles solares de arseniuro de galio de 1,8 por 1,2 metros que podían producir 400 vatios a 2,2 AU (329 000 000 km), CERCA's distancia máxima del Sol y 1800 vatios a una AU (150 000 000 km). La energía se almacenó en una batería súper recargable de níquel-cadmio de nueve amperios por hora y 22 celdas.

La guía de la nave espacial se logró mediante el uso de un conjunto de sensores de cinco detectores digitales de actitud solar, una unidad de medición inercial (IMU) y una cámara de seguimiento de estrellas apuntada en dirección opuesta a la dirección de orientación del instrumento. La IMU contenía giroscopios y acelerómetros de resonador hemisférico. Se utilizaron cuatro ruedas de reacción (dispuestas de modo que cualquiera de las tres pueda proporcionar un control completo de tres ejes) para el control de actitud normal. Los propulsores se utilizaron para descargar el momento angular de las ruedas de reacción, así como para maniobras rápidas de giro y propulsión. El control de actitud fue de 0,1 grados, la estabilidad de orientación de la línea de visión está dentro de los 50 microrradianes en un segundo y el conocimiento de la actitud posterior al procesamiento es de 50 microrradianes.

El subsistema de manejo de datos y comando estaba compuesto por dos procesadores de telemetría y comando redundantes y grabadores de estado sólido, una unidad de conmutación de energía y una interfaz para dos buses de datos estándar 1553 redundantes para comunicaciones con otros subsistemas. NEAR fue la primera nave espacial APL en usar cantidades significativas de microcircuitos encapsulados en plástico (PEM) y la primera en usar grabadoras de datos de estado sólido para el almacenamiento masivo; las naves espaciales APL anteriores usaban grabadoras de cinta magnética o núcleos magnéticos.

Las grabadoras de estado sólido están construidas a partir de DRAM IBM Luna-C de 16 Mbit. Una grabadora tiene 1,1 gigabits de almacenamiento, la otra tiene 0,67 gigabits.

La misión NEAR fue el primer lanzamiento del Programa Discovery de la NASA, una serie de naves espaciales a pequeña escala diseñadas para pasar del desarrollo al vuelo en menos de tres años por un costo de menos de $ 150 millones. El costo de construcción, lanzamiento y 30 días para esta misión se estima en $ 122 millones. El costo total final de la misión fue de $ 224 millones, que consistieron en $ 124,9 millones para el desarrollo de naves espaciales, $ 44,6 millones para soporte y seguimiento de lanzamiento, y $ 54,6 millones para operaciones de misión y análisis de datos.

Carga útil científica y experimentos

Diagrama mostrando ubicación NEAR instrumentos científicos.

La carga científica incluye:

• El Imager Multi-Spectral (MSI) diseñado y construido por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, proporcionó imágenes visibles de la superficie de asteroides.
• El Espectrograma IR NEAR (NIS) cubre un rango espectral de 0,8 a 2,6 micrometer en 62 contenedores.
• Un magnetómetro de tres ejes suministrado por el Goddard Space Flight Center de la NASA, puede medir el campo magnético del asteroide de DC a 10 Hz.
• El espectrómetro de rayos X (XGRS) es realmente dos instrumentos. El espectrómetro de rayos X mide fluorescencia de rayos X en el asteroide excitado por rayos X de bengala solar. El espectrómetro de rayos gamma es un scintillator NaI con un escudo BGO activo.
• El rangefinder láser (NLR) es un rangefinder de una sola inyección directa.