Deep Space 1

Deep Space 1 ([Дип Спэйс Уан], «Дальний Космос-1») — экспериментальная автоматическая межпланетная станция (АМС), запущенная 24 октября 1998 года ракетой-носителем «Дельта-2» как часть программы НАСА «Новое Тысячелетие». Основной целью полёта было испытание двенадцати образцов новейших технологий, способных значительно снизить стоимость и риски космических проектов^[2].

Deep Space 1
Аппарат «Deep Space 1» на фоне кометы Борелли
Заказчик	НАСА / JPL
Производитель	General Dynamics
Оператор	НАСА[1]
Пролёт	(9969) Брайль, 19P/Борелли
Спутник	Солнца
Стартовая площадка	Мыс Канаверал
Ракета-носитель	Дельта-2 7326
Запуск	24 октября 1998 12:08:00 UTC
COSPAR ID	1998-061A
SCN	25508
Технические характеристики
Масса	373,7 кг
Мощность	2500 Вт
Элементы орбиты
Эксцентриситет	0,143
Наклонение	0,4°
Период обращения	453 дней
Апоцентр	1,32 а. е.
Перицентр	0,99 а. е.
Логотип миссии
jpl.nasa.gov/missions/de…
Медиафайлы на Викискладе

Зонд «Deep Space 1», подготовка к установке в РН.

Эти образцы включали в себя:

• Ионный двигатель электростатического типа (ионизированный газ разгоняется в электростатическом поле, создавая реактивную тягу).
• Autonav — автономная система навигации, сводящая к минимуму необходимость корректировки движения аппарата с Земли, а также способная наводить на цели фотоаппаратуру зонда.
• Remote agent — программное обеспечение, способное к самотестированию и самовосстановлению после сбоев.
• SDST (Small, Deep-Space Transponder) — миниатюризованная система дальней радиосвязи.
• MICAS (Miniature Integrated Camera And Spectrometer) — малогабаритная, лёгкая видеосистема, объединяющая цифровую фотокамеру и спектрометр.
• PEPE (Plasma Experiment for Planetary Exploration) — интегрированный массив научных инструментов для изучения космической плазмы, солнечного ветра, электромагнитных полей и заряженных частиц.
• SCARLET (Solar Concentrator Array of Refractive Linear Element Technologies) — лёгкие и эффективные солнечные батареи.
• Эксперимент «Beacon Monitor» — аппарат посылал сигналы только о своём общем состоянии, сокращая стоимость наземных операций^[3].

Аппарат «Deep Space 1» успешно выполнил основную цель полёта и начал выполнение дополнительных задач: сближение с астероидом Брайль и кометой Борелли, передав на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений. Программа «Deep Space 1» была признана оконченной 18 декабря 2001 года^[4].

Технологии

Автономная навигация Autonav

Система автономной навигации Autonav, разработанная в Лаборатории реактивного движения NASA, работает с изображениями известных ярких астероидов. Астероиды во внутренней части Солнечной системы перемещаются относительно других тел с известными и предсказуемыми скоростями. Поэтому космический аппарат может определить их относительное положение путём отслеживания подобных астероидов на фоне звезд, которые, в используемом масштабе времени, считаются неподвижными. Два или более астероида позволяют аппарату вычислить свою позицию при помощи триангуляции; две или более позиции во времени позволяют КА определить свою траекторию. Состояние КА отслеживается по его взаимодействию с передатчиками Deep Space Network (DSN), действующими обратно Глобальной системе позиционирования (GPS). Однако, отслеживание при помощи DSN требует множества подготовленных операторов, а сеть DSN перегружена, поскольку используется в качестве сети связи. Использование системы Autonav снижает стоимость миссий и требования к DSN^[5][6].

Система автономной навигации Autonav может использоваться и в обратную сторону, для отслеживания расположения тел относительно КА. Это используется для наведения на цель инструментов для научных исследований. В программу аппарата внесено очень грубое определение местоположения цели. После начальной настройки, Autonav удерживает объект в поле видимости, попутно управляя положением КА.^[5] Следующим космическим аппаратом, использовавшим Autonav, был «Deep Impact»^[7].

IPS (ионная двигательная установка)

Основная статья: Ионный двигатель

Схематическое изображение устройства ионного двигателя

IPS, предоставленный проектом NSTAR (NASA Solar Technology Application Readiness), использует полый катод для получения электронов для ионизации ксенона при столкновении. Система NSTAR / IPS состоит из 30-сантиметрового толкателя ионов ксенона, системы подачи ксенона (XFS), блока обработки данных силы (PPU), и блока цифрового управления и интерфейса (DCIU)^[8].

В ионизатор подаётся топливо, которое само по себе нейтрально, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом, в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны. Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из двух или трёх сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (до 1280 Вольт). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку, выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается, во-первых, для того, чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во-вторых, чтобы ионы, «нейтрализованные» таким образом, не притягивались обратно к кораблю.

Минусом является низкая тяга, которая составляла от 19 мН при минимальной мощности до 92 мН на максимальной^[8]. Это не позволяет использовать двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.