Введение
Космический аппарат НАСА, запущенный в 1998 году.
Автономный
Система Autonav, разработанная Лабораторией реактивного движения НАСА, делает снимки известных ярких астероидов. Астероиды во внутренней Солнечной системе движутся относительно других тел с заметной, предсказуемой скоростью. Таким образом, космический аппарат может определить свое относительное положение, отслеживая эти астероиды на фоне звезд, которые кажутся неподвижными в таких временных масштабах. Два или более астероидов позволяют космическому аппарату триангулировать свое положение, а две или более позиций во времени – определить свою траекторию. В настоящее время космические аппараты отслеживаются посредством взаимодействия с передатчиками сети дальней космической связи НАСА (Deep Space Network, DSN), что по сути является обратной системой GPS. Однако отслеживание с помощью DSN требует большого количества квалифицированных специалистов, а сама DSN перегружена из-за использования в качестве сети связи. Использование Autonav снижает стоимость миссии и нагрузку на DSN. Система Autonav также может работать в обратном режиме, отслеживая положение объектов относительно космического аппарата. Это используется для наведения научных приборов на цели. Космический аппарат программируется на приблизительное местоположение цели. После первоначального захвата Autonav удерживает объект в поле зрения, даже беря на себя управление ориентацией космического аппарата. Следующим космическим аппаратом, использовавшим Autonav, был Deep Impact.
СКАРЛЕТ концентрирующая солнечная батарея
Основная энергия для миссии вырабатывалась новой технологией солнечных батарей – Solar Concentrator Array с технологией преломляющих линейных элементов (SCARLET), использующей линейные линзы Френеля из силикона для концентрации солнечного света на солнечных элементах. Компания ABLE Engineering разработала технологию концентрации и построила солнечную батарею для DS1 при участии Entech Inc., поставщика френелевской оптики, и Исследовательского центра NASA Glenn. Проект финансировался Организацией противоракетной обороны и изначально разрабатывался для полезной нагрузки SSI Conestoga 1620 – METEOR. Технология концентрирующих линз была объединена с двухпереходными солнечными элементами, которые демонстрировали значительно более высокую эффективность, чем солнечные элементы из арсенида галлия (GaAs), являвшиеся передовыми на момент запуска миссии. Солнечные батареи SCARLET генерировали 2,5 киловатта на расстоянии 1 астрономической единицы, при меньших габаритах и весе по сравнению с традиционными батареями.
Ионный двигатель NSTAR
Хотя ионные двигатели разрабатывались в НАСА с конца 1950-х годов, за исключением миссий SERT в 1960-х, эта технология не была продемонстрирована в полете на американских космических аппаратах, хотя сотни двигателей на эффекте Холла использовались на советских и российских космических аппаратах. Отсутствие опыта эксплуатации в космосе означало, что, несмотря на потенциальную экономию массы топлива, технология считалась слишком экспериментальной для использования в дорогостоящих миссиях. Более того, непредвиденные побочные эффекты ионной тяги могли каким-либо образом повлиять на типичные научные эксперименты, такие как измерения полей и частиц. Поэтому одной из основных задач демонстрационной миссии Deep Space 1 было показать возможность длительного использования ионного двигателя в научной миссии. Электростатический ионный двигатель NASA Solar Technology Application Readiness (NSTAR), разработанный в NASA Glenn, обеспечивает удельный импульс 1000–3000 секунд. Это на порядок выше, чем у традиционных методов космического движения, что приводит к снижению массы примерно вдвое. Это, в свою очередь, позволяет использовать более дешевые ракеты-носители. Хотя двигатель создает лишь небольшую тягу на максимальной мощности (2100 Вт на DS1), аппарат достиг высоких скоростей благодаря тому, что ионные двигатели работают непрерывно в течение длительного времени.
Удаленный агент
Remote Agent (RAX), программное обеспечение для удаленного интеллектуального самовосстановления, разработанное в Исследовательском центре Эймса НАСА и Лаборатории реактивного движения, стало первой системой управления на основе искусственного интеллекта, способной управлять космическим аппаратом без участия человека. Remote Agent успешно продемонстрировал возможность планирования бортовых операций, а также правильной диагностики и реагирования на смоделированные неисправности в компонентах космического аппарата посредством встроенной среды REPL. Автономное управление позволит будущим космическим аппаратам работать на больших расстояниях от Земли и выполнять более сложные задачи по сбору научных данных в дальнем космосе. Компоненты программного обеспечения Remote Agent использовались для поддержки других космических миссий НАСА. Основными компонентами Remote Agent являлись надежный планировщик (EUROPA), система исполнения планов (EXEC) и диагностическая система, основанная на моделях (Livingstone).
ПЭПЭ
Оказавшись вблизи цели, DS1 анализирует частичную среду с помощью прибора PEPE (Plasma Experiment for Planetary Exploration). Этот прибор измерял поток ионов и электронов как функцию их энергии и направления. Состав ионов определялся с использованием масс-спектрометра по времени пролета.
МИКАЗ
Для определения химического состава прибор MICAS (миниатюрная интегрированная камера и спектрометр) объединял визуальную съемку с инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопией. Все каналы используют один телескоп, в котором применено зеркало из карбида кремния. И PEPE, и MICAS были сопоставимы по своим возможностям с более крупными приборами или комплексами приборов на других космических аппаратах. Они были разработаны как более компактные и энергоэффективные, чем использовавшиеся в предыдущих миссиях.
Обзор миссии
До запуска Deep Space 1 планировалось посетить комету 76P/West–Kohoutek–Ikemura и астероид 3352 McAuliffe. Из-за задержки запуска цели были изменены на астероид 9969 Брайля (в то время называвшийся 1992 KD) и комету 19P/Borrelly, а комета 107P/Wilson–Harrington была добавлена после успешного старта миссии. В ходе миссии также были получены высококачественные инфракрасные спектры Марса. Предполагалось, что выхлоп ионного двигателя может создавать помехи для других систем космического аппарата, таких как радиосвязь или научные приборы. Детекторы PEPE имели дополнительную функцию – мониторинг таких эффектов от двигателя. Помех обнаружено не было, хотя поток ионов от двигателя не позволял PEPE регистрировать ионы с энергией ниже примерно 20 эВ. Еще одной проблемой стала потеря звездного трекера. Звездный трекер определяет ориентацию космического аппарата, сравнивая звездное небо с внутренними картами. Миссию удалось спасти, перепрограммировав камеру MICAS для выполнения функций звездного трекера. Хотя MICAS обладает большей чувствительностью, его поле зрения на порядок меньше, что увеличивает нагрузку на обработку информации. Иронично, но звездный трекер был стандартным компонентом, от которого ожидали высокой надежности. Без работающего звездного трекера ионная тяга была временно приостановлена. Потеря времени тяги привела к отмене пролета мимо кометы 107P/Wilson–Harrington. Система автонавигации требовала периодических ручных корректировок. Большинство проблем возникали при идентификации слишком тусклых объектов или объектов, которые было трудно идентифицировать из-за ярких объектов, вызывающих дифракционные лучи и отражения в камере, что приводило к неправильной идентификации целей системой Autonav. Системе Remote Agent было представлено три смоделированных отказа на космическом аппарате, и она правильно справилась с каждым из них: отказ электронного блока, который Remote Agent устранил, повторно активировав устройство; неисправный датчик, предоставлявший ложную информацию, который Remote Agent распознал как ненадежный и, следовательно, правильно проигнорировал; двигатель управления ориентацией (небольшой двигатель для управления ориентацией космического аппарата), застрявший в положении "выключено", который Remote Agent обнаружил и компенсировал, переключившись в режим, не зависящий от этого двигателя. В целом, это была успешная демонстрация полностью автономного планирования, диагностики и восстановления. Прибор MICAS был успешен в плане конструкции, но ультрафиолетовый канал вышел из строя из-за электрической неисправности. Позже в ходе миссии, после отказа звездного трекера, MICAS взял на себя и эту функцию. Это приводило к постоянным перерывам в его научном использовании на протяжении оставшейся миссии, включая сближение с кометой Боррелли. В конце октября и начале ноября 1999 года, во время фазы после пролета мимо астероида Брайля, Deep Space 1 наблюдал Марс с помощью прибора MICAS. Несмотря на то, что это был очень дальний пролет, прибору удалось получить несколько инфракрасных спектров планеты.
Текущий статус
Deep Space 1 достиг своих основных и дополнительных целей, предоставив ценные научные данные и изображения. Ионные двигатели DS1 были выключены 18 декабря 2001 года приблизительно в 20:00:00 UTC, что ознаменовало завершение миссии. Бортовые системы связи были оставлены в активном режиме на случай, если аппарат может потребоваться в будущем. Однако предпринятые в марте 2002 года попытки восстановить связь не дали результатов. Аппарат продолжает находиться в Солнечной системе, на орбите вокруг Солнца.