PRÓXIMO Sapateiro -NEAR Shoemaker

perto do sapateiro
Modelo de uma espaçonave cilíndrica com quatro painéis solares quadrados em uma das bordas da nave
Representação artística da espaçonave NEAR Shoemaker
Tipo de missão Orbitador ( 433 Eros )
Operador NASA  · APL
ID COSPAR 1996-008A Edite isso no Wikidata
SATCAT nº. 23784Edite isso no Wikidata
Local na rede Internet Website oficial
Duração da missão 5 anos, 21 dias
Propriedades da nave espacial
massa de lançamento 805kg
Massa seca 487 kg (1.074 lb)
Poder 1.800 W
Início da missão
Data de lançamento 17 de fevereiro de 1996 20:43:27 UTC ( 17/02/1996 )
Foguete Delta II 7925-8
Local de lançamento Cabo Canaveral LC-17B
Fim da missão
último contato 28 de fevereiro de 2001 ~ 00:00 UTC ( 2001-02-28 )
Data de desembarque 12 de fevereiro de 2001 20:01 UTC ( 12-02-2001 )
local de pouso Sul da cratera Himeros , 433 Eros
Sobrevoo de 253 Mathilde
Abordagem mais próxima 27 de junho de 1997 12:56 UTC ( 27/06/1997 )
Distância 1.212 quilômetros (753 milhas)
orbitador 433 Eros
Inserção orbital 14 de fevereiro de 2000 15:33 UTC ( 14-02-2000 )
órbitas 230 órbitas
Uma obra de arte de uma espaçonave pairando sobre um asteróide, encerrada em um triângulo equilátero com uma borda vermelha grossa.  As palavras "JHU/APL", "NASA" e "NEAR" estão impressas em fonte branca em negrito, nos lados esquerdo, direito e inferior das bordas do triângulo.
Insígnia oficial da missão NEAR Shoemaker  

Near Earth Asteroid Rendezvous – Shoemaker ( NEAR Shoemaker ), renomeado após seu lançamento em 1996 em homenagem ao cientista planetário Eugene Shoemaker , foi uma sonda espacial robótica projetada pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins para a NASA para estudar o asteroide próximo à Terra Eros de perto. órbita durante um período de um ano. Foi a primeira espaçonave a orbitar um asteróide e pousar nele com sucesso. Em fevereiro de 2000, a missão conseguiu se aproximar do asteróide e depois o orbitou várias vezes. Em 12 de fevereiro de 2001, a missão conseguiu pousar no asteroide. Foi encerrado pouco mais de duas semanas depois.

O principal objetivo científico do NEAR era retornar dados sobre as propriedades, composição, mineralogia , morfologia, distribuição de massa interna e campo magnético de Eros. Os objetivos secundários incluem estudos das propriedades do regolito , interações com o vento solar , possível atividade atual indicada por poeira ou gás e o estado de rotação do asteroide. Esses dados serão usados ​​para ajudar a entender as características dos asteroides em geral, sua relação com meteoroides e cometas e as condições no início do Sistema Solar. Para atingir esses objetivos, a espaçonave foi equipada com um espectrômetro de raios-X / gama , um espectrógrafo de imagem de infravermelho próximo, uma câmera multiespectral equipada com um detector de imagem CCD , um telêmetro a laser e um magnetômetro . Um experimento científico de rádio também foi realizado usando o sistema de rastreamento NEAR para estimar o campo de gravidade do asteroide. A massa total dos instrumentos era de 56 kg (123 lb), exigindo 80 watts de potência.

Desenvolvimento

NEAR foi a primeira sonda espacial robótica construída pelo Laboratório de Física Aplicada (APL) da Universidade Johns Hopkins . Um plano anterior para a missão era ir para 4660 Nereus e fazer um sobrevôo de 2019 van Albada no caminho. Em janeiro de 2000, ele se encontraria com Nereus, mas em vez de ficar, visitaria vários asteroides e cometas. Algumas das escolhas que foram discutidas foram 2P/Encke , 433 Eros (que se tornou o alvo principal da missão), 1036 Ganymed , 4 Vesta e 4015 Wilson–Harrington . O Small-Body Grand Tour foi um plano para visitar dois asteroides e dois cometas ao longo de uma década com a espaçonave.

Perfil da missão

O asteroide Eros próximo à Terra visto da espaçonave NEAR .

Resumo

O objetivo principal da missão era estudar o asteroide próximo à Terra 433 Eros em órbita por aproximadamente um ano. Eros é um asteroide do tipo S com aproximadamente 13 × 13 × 33 km de tamanho, o segundo maior asteroide próximo à Terra. Inicialmente, a órbita era circular com um raio de 200 km. O raio da órbita foi reduzido em etapas para uma órbita de 50 × 50 km em 30 de abril de 2000 e diminuiu para 35 × 35 km em 14 de julho de 2000. A órbita foi aumentada nos meses seguintes para uma órbita de 200 × 200 km e depois diminuiu lentamente e alterou para uma órbita retrógrada de 35 × 35 km em 13 de dezembro de 2000. A missão terminou com um pouso na região de "sela" de Eros em 12 de fevereiro de 2001.

Alguns cientistas afirmam que o objetivo final da missão era ligar Eros, um corpo asteroidal, a meteoritos recuperados na Terra. Com dados suficientes sobre a composição química, uma ligação causal pode ser estabelecida entre Eros e outros asteroides do tipo S, e aqueles meteoritos que se acredita serem pedaços de asteroides do tipo S (talvez o próprio Eros). Uma vez estabelecida essa conexão, o material do meteorito pode ser estudado com equipamentos grandes, complexos e em evolução, e os resultados podem ser extrapolados para corpos no espaço. NEAR não provou ou refutou esta ligação para a satisfação dos cientistas.

Entre dezembro de 1999 e fevereiro de 2001, a NEAR usou seu espectrômetro de raios gama para detectar explosões de raios gama como parte da Rede Interplanetária .

A viagem para Mathilde

Lançamento do NEAR , fevereiro de 1996

Após o lançamento em um Delta 7925-8 (um veículo de lançamento Delta II com nove propulsores de foguete sólido e um terceiro estágio Star 48 (PAM-D)) em 17 de fevereiro de 1996 e saiu da órbita da Terra, a NEAR entrou no primeira parte de sua fase de cruzeiro. A NEAR passou a maior parte da fase de cruzeiro em um estado de "hibernação" de atividade mínima, que terminou alguns dias antes do sobrevôo do asteroide 253 Mathilde de 61 km de diâmetro .

Uma das imagens do sobrevôo de 253 Mathilde

Em 27 de junho de 1997, o NEAR voou por Mathilde dentro de 1200 km às 12:56 UT a 9,93 km/s, retornando imagens e outros dados do instrumento. O sobrevoo produziu mais de 500 imagens, cobrindo 60% da superfície de Mathilde, bem como dados gravitacionais que permitem cálculos das dimensões e massa de Mathilde.

A viagem para Eros

Em 3 de julho de 1997, a NEAR executou a primeira grande manobra no espaço profundo, uma queima em duas partes do propulsor principal de 450 N. Isso diminuiu a velocidade em 279 m/s e baixou o periélio de 0,99  UA para 0,95 UA. O balanço da assistência da gravidade da Terra ocorreu em 23 de janeiro de 1998, às 7:23 UT. A aproximação mais próxima foi de 540 km, alterando a inclinação orbital de 0,5 para 10,2 graus e a distância do afélio de 2,17 para 1,77 UA, quase igualando as de Eros. A instrumentação estava ativa neste momento.

Falha na primeira tentativa de inserção orbital

A primeira das quatro queimas de encontro agendadas foi tentada em 20 de dezembro de 1998, às 22:00 UT. A sequência de gravação foi iniciada, mas imediatamente abortada. A espaçonave posteriormente entrou no modo de segurança e começou a cair. Os propulsores da espaçonave dispararam milhares de vezes durante a anomalia, que gastou 29 kg de propelente, reduzindo a margem de propelente do programa a zero. Essa anomalia quase resultou na perda da espaçonave devido à falta de orientação solar e consequente consumo de bateria. O contato entre a espaçonave e o controle da missão não pôde ser estabelecido por mais de 24 horas. A causa raiz deste incidente não foi determinada, mas erros de software e operacionais contribuíram para a gravidade da anomalia.

O plano original da missão previa que as quatro queimas fossem seguidas por uma queima de inserção em órbita em 10 de janeiro de 1999, mas o aborto da primeira queima e a perda de comunicação tornaram isso impossível. Um novo plano foi colocado em vigor no qual a NEAR voou por Eros em 23 de dezembro de 1998, às 18:41:23 UT a uma velocidade de 965 m/s e a uma distância de 3.827 km do centro de massa de Eros. A câmera tirou imagens de Eros, os dados foram coletados pelo espectrógrafo infravermelho próximo e o rastreamento por rádio foi realizado durante o sobrevôo. Uma manobra de encontro foi realizada em 3 de janeiro de 1999, envolvendo a queima do propulsor para igualar a velocidade orbital de NEAR com a de Eros. Uma queima do propulsor de hidrazina ocorreu em 20 de janeiro para ajustar a trajetória. Em 12 de agosto, uma queima do propulsor de dois minutos diminuiu a velocidade da espaçonave em relação a Eros para 300 km/h.

Inserção orbital

A inserção orbital em torno de Eros ocorreu em 14 de fevereiro de 2000, às 15:33 UT (10:33 EST) depois que NEAR completou uma órbita heliocêntrica de 13 meses que se aproximava da órbita de Eros. Uma manobra de encontro foi concluída em 3 de fevereiro às 17:00 UT, desacelerando a espaçonave de 19,3 para 8,1 m/s em relação a Eros. Outra manobra ocorreu em 8 de fevereiro, aumentando ligeiramente a velocidade relativa para 9,9 m/s. As buscas por satélites de Eros ocorreram em 28 de janeiro e 4 e 9 de fevereiro; nenhum foi encontrado. As varreduras foram para fins científicos e para mitigar qualquer possível colisão com um satélite. NEAR entrou em uma órbita elíptica de 321 × 366 km em torno de Eros em 14 de fevereiro. A órbita diminuiu lentamente para uma órbita polar circular de 35 km em 14 de julho. NEAR permaneceu nesta órbita por dez dias e depois recuou em estágios para 100 km de órbita circular em 5 de setembro de 2000. Manobras em meados de outubro levaram a um sobrevôo de Eros a 5,3 km da superfície às 07:00 UT de 26 de outubro.

Órbitas e pouso

Eros de aproximadamente 250 metros de altitude (a área na imagem tem aproximadamente 12 metros de diâmetro). Esta imagem foi tirada durante a descida do NEAR até a superfície do asteroide.

Após o sobrevôo, NEAR moveu-se para uma órbita circular de 200 km e mudou a órbita de prógrada quase polar para uma retrógrada quase equatorial. Em 13 de dezembro de 2000, a órbita foi deslocada de volta para uma órbita baixa circular de 35 km. A partir de 24 de janeiro de 2001, a espaçonave iniciou uma série de passagens próximas (5 a 6 km) até a superfície e, em 28 de janeiro, passou de 2 a 3 km do asteroide. A espaçonave então fez uma lenta descida controlada para a superfície de Eros, terminando com um pouso logo ao sul da formação em forma de sela Himeros em 12 de fevereiro de 2001, aproximadamente às 20:01 UT (3:01 pm EST). Para surpresa dos controladores, a espaçonave estava intacta e operacional após o pouso a uma velocidade estimada de 1,5 a 1,8 metros por segundo (tornando-se assim a primeira espaçonave a pousar suavemente em um asteroide). Depois de receber uma extensão do tempo da antena na Deep Space Network , o espectrômetro de raios gama da espaçonave foi reprogramado para coletar dados sobre a composição de Eros de um ponto privilegiado a cerca de 4 polegadas (100 mm) da superfície, onde era dez vezes mais sensível do que quando foi usado em órbita. Esse aumento na sensibilidade foi em parte devido ao aumento da proporção do sinal do Eros em comparação com o ruído gerado pela própria sonda. O impacto dos raios cósmicos no sensor também foi reduzido em cerca de 50%.

Às 19:00 EST em 28 de fevereiro de 2001, os últimos sinais de dados foram recebidos do NEAR Shoemaker antes de ser desligado. Uma tentativa final de se comunicar com a espaçonave em 10 de dezembro de 2002 não teve sucesso. Provavelmente, isso ocorreu devido às condições extremas de -279 ° F (-173 ° C, 100 K ) que a sonda experimentou enquanto estava em Eros.

Naves espaciais e subsistemas

Espaçonave NEAR dentro de seu foguete Delta II .

nave espacial

A espaçonave tem a forma de um prisma octogonal, com aproximadamente 1,7 m de lado, com quatro painéis solares fixos de arseneto de gálio em um arranjo de moinho de vento, uma antena fixa de rádio de alto ganho de banda X de 1,5 m com um magnetômetro montado na alimentação da antena, e um monitor solar de raios X em uma extremidade (o convés de proa), com os outros instrumentos fixados na extremidade oposta (o convés de popa). A maioria dos eletrônicos foi montada no interior dos decks. O módulo de propulsão estava contido no interior. A decisão de montar instrumentos no corpo da espaçonave em vez de usar booms resultou na necessidade de proteger o espectrômetro de raios gama do ruído gerado pela nave. Um escudo de germanato de bismuto foi usado, embora tenha se mostrado apenas moderadamente eficaz.

A embarcação era estabilizada em três eixos e usava um único propulsor principal bipropelente ( hidrazina / tetróxido de nitrogênio ) de 450 newton (N) e quatro propulsores de hidrazina de 21 N e sete de hidrazina de 3,5 N para propulsão, para um potencial delta-V total de 1450 m/ s. O controle de atitude foi obtido usando os propulsores de hidrazina e quatro rodas de reação. O sistema de propulsão carregava 209 kg de hidrazina e 109 kg de oxidante NTO em dois oxidantes e três tanques de combustível.

A energia era fornecida por quatro painéis solares  de arsenieto de gálio de 1,8 por 1,2 metros, que podiam produzir 400 watts a 2,2  UA (329.000.000 km), a distância máxima da NEAR do Sol e 1.800 watts a uma UA (150.000.000 km). A energia foi armazenada em uma bateria recarregável de superníquel-cádmio de nove ampères-hora de 22 células .

A orientação da espaçonave foi obtida através do uso de um conjunto de sensores de cinco detectores digitais de atitude solar, uma unidade de medição inercial (IMU) e uma câmera rastreadora de estrelas apontada na direção oposta à direção de apontamento do instrumento. A IMU continha ressonadores hemisféricos, giroscópios e acelerômetros. Quatro rodas de reação (arranjadas de forma que quaisquer três possam fornecer controle completo de três eixos) foram usadas para controle de atitude normal. Os propulsores foram usados ​​para despejar o momento angular das rodas de reação, bem como para manobras rápidas e propulsivas. O controle de atitude foi de 0,1 grau, a estabilidade de apontamento da linha de visão está dentro de 50 microrradianos em um segundo e o conhecimento da atitude pós-processamento é de 50 microrradianos.

O subsistema de comando e tratamento de dados era composto por dois processadores redundantes de comando e telemetria e gravadores de estado sólido, uma unidade de comutação de energia e uma interface para dois barramentos de dados padrão 1553 redundantes para comunicações com outros subsistemas. A NEAR foi a primeira espaçonave APL a usar um número significativo de microcircuitos encapsulados em plástico (PEMs) e a primeira a usar gravadores de dados de estado sólido para armazenamento em massa - as espaçonaves APL anteriores usavam gravadores de fita magnética ou núcleos magnéticos.

Os gravadores de estado sólido são construídos a partir de DRAMs IBM Luna-C de 16 Mbit . Um gravador tem 1,1 gigabits de armazenamento e o outro 0,67 gigabits.

A missão NEAR foi o primeiro lançamento do Programa Discovery da NASA , uma série de espaçonaves de pequena escala projetadas para passar do desenvolvimento ao voo em menos de três anos por um custo de menos de US$ 150 milhões. O custo de construção, lançamento e 30 dias para esta missão é estimado em US$ 122 milhões. O custo total final da missão foi de $ 224 milhões, que consistia em $ 124,9 milhões para desenvolvimento de espaçonaves, $ 44,6 milhões para suporte de lançamento e rastreamento e $ 54,6 milhões para operações de missão e análise de dados.

Carga útil científica e experimentos

Diagrama mostrando a localização dos instrumentos científicos NEAR .

A carga científica inclui:

  • O Multi-Spectral Imager (MSI), projetado e construído pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins , forneceu imagens visíveis da superfície do asteroide.
  • O NEAR IR Spectrograph (NIS) cobre uma faixa espectral de 0,8 a 2,6 micrômetros em 62 compartimentos.
  • Um magnetômetro fluxgate de três eixos fornecido pelo Goddard Space Flight Center da NASA pode medir o campo magnético do asteróide de DC a 10 Hz.
  • O X-ray/Gamma-Ray Spectrometer (XGRS) é composto por dois instrumentos. O espectrômetro de raios-x mede a fluorescência de raios-x no asteróide excitado por raios-x de explosões solares. O espectrômetro de raios gama é um cintilador NaI com um escudo BGO ativo.
  • O telêmetro a laser (NLR) é um telêmetro de pulso único de detecção direta.

Referências

Domínio público Este artigo incorpora material de domínio público de sites ou documentos da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço .

links externos