Near Earth Asteroid Rendezvous – Shoemaker ( NEAR Shoemaker ), переименованный после запуска в 1996 году в честь планетолога Юджина Шумейкера , был роботизированным космическим зондом, разработанным Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса для NASA для изучения околоземного астероида Эрос с близкой орбиты в течение года. Это был первый космический аппарат, который совершил орбитальный полет вокруг астероида и успешно приземлился на него. [3] В феврале 2000 года миссия приблизилась к астероиду и вышла на его орбиту. 12 февраля 2001 года Шумейкер приземлился на астероиде и был прекращен чуть более чем через две недели. [3]
Основной научной целью NEAR было получение данных о свойствах объема, составе, минералогии , морфологии, внутреннем распределении массы и магнитном поле Эроса. Вторичные цели включают изучение свойств реголита , взаимодействия с солнечным ветром , возможной текущей активности, на которую указывает пыль или газ, и состояния спина астероида. Эти данные использовались для понимания характеристик астероидов в целом, их связи с метеороидами и кометами , а также условий в ранней Солнечной системе. Для достижения этих целей космический аппарат был оснащен рентгеновским / гамма-спектрометром , спектрографом для получения изображений в ближнем инфракрасном диапазоне, многоспектральной камерой, оснащенной детектором изображений ПЗС , лазерным дальномером и магнитометром . Также был проведен радионаучный эксперимент с использованием системы слежения NEAR для оценки гравитационного поля астероида. Общая масса инструментов составляла 56 кг (123 фунта), что требовало 80 Вт мощности.
NEAR был первым роботизированным космическим зондом , построенным Лабораторией прикладной физики (APL) Университета Джонса Хопкинса . [4] Предыдущий план миссии заключался в том, чтобы он отправился к 4660 Нереус и совершил пролет мимо 2019 ван Альбада по пути. [5] В январе 2000 года он должен был встретиться с Нереусом, но вместо того, чтобы остаться, он посетил бы несколько астероидов и комет. [5] Некоторые из обсуждавшихся вариантов включали 2P/Encke , 433 Eros (который стал основной целью миссии), 1036 Ganymed , 4 Vesta и 4015 Wilson–Harrington . [5] План Small-Body Grand Tour предполагал посещение двух астероидов и двух комет в течение десятилетия с помощью космического корабля. [5]
.jpg/1280px-Eros_-_PIA02923_(color).jpg)
Основной целью миссии было изучение околоземного астероида 433 Эрос с орбиты в течение примерно одного года. Эрос — астероид S-типа размером примерно 13 × 13 × 33 км, второй по величине околоземный астероид. Первоначально орбита была круговой с радиусом 200 км. Радиус орбиты был постепенно уменьшен до орбиты 50 × 50 км 30 апреля 2000 года и уменьшен до 35 × 35 км 14 июля 2000 года. Орбита была увеличена в течение последующих месяцев до орбиты 200 × 200 км, а затем медленно уменьшилась и изменилась до ретроградной орбиты 35 × 35 км 13 декабря 2000 года. Миссия завершилась приземлением в области «седла» Эроса 12 февраля 2001 года.
Некоторые ученые утверждают, что конечной целью миссии было связать Эрос, астероидное тело, с метеоритами, найденными на Земле. При наличии достаточных данных о химическом составе можно установить причинно-следственную связь между Эросом и другими астероидами S-типа, а также теми метеоритами, которые считаются частями астероидов S-типа (возможно, самим Эросом). Как только эта связь будет установлена, метеоритный материал можно будет изучать с помощью большого, сложного и развивающегося оборудования, а результаты можно будет экстраполировать на тела в космосе. NEAR не доказал и не опроверг эту связь к удовлетворению ученых.
В период с декабря 1999 года по февраль 2001 года NEAR использовал свой гамма-спектрометр для обнаружения гамма-всплесков в рамках Межпланетной сети . [6]
После запуска на Delta 7925-8 ( ракета-носитель Delta II с девятью навесными твердотопливными ускорителями и третьей ступенью Star 48 (PAM-D)) 17 февраля 1996 года и выхода с околоземной орбиты NEAR вошел в первую часть своей фазы полета. NEAR провел большую часть фазы полета в состоянии минимальной активности «спячки», которая закончилась за несколько дней до пролета астероида 253 Матильда диаметром 61 км . [7]
_mathilde_crop.jpg/1280px-(253)_mathilde_crop.jpg)
27 июня 1997 года NEAR пролетел мимо Матильды на расстоянии 1200 км в 12:56 UT со скоростью 9,93 км/с, вернув изображения и другие данные приборов. В результате пролета было получено более 500 изображений, охватывающих 60% поверхности Матильды, [8] а также гравитационные данные, позволяющие рассчитать размеры и массу Матильды. [9]
3 июля 1997 года NEAR выполнил первый крупный маневр в глубоком космосе, включив два основных двигателя 450 Н. Это уменьшило скорость на 279 м/с и снизило перигелий с 0,99 а.е. до 0,95 а.е. Гравитационный маневр Земли произошел 23 января 1998 года в 7:23 UT. Ближайшее сближение составило 540 км, изменив наклон орбиты с 0,5 до 10,2 градуса и расстояние афелия с 2,17 до 1,77 а.е., что почти соответствовало таковым у Эроса. В это время приборы были активны. [7]
Первая из четырех запланированных попыток сближения была предпринята 20 декабря 1998 года в 22:00 UT. Последовательность срабатывания была начата, но немедленно прервана. Впоследствии космический корабль перешел в безопасный режим и начал кувыркаться. Двигатели космического корабля сработали тысячи раз во время аномалии, что израсходовало 29 кг топлива, снизив запас топлива программы до нуля. Эта аномалия едва не привела к потере космического корабля из-за отсутствия солнечной ориентации и последующей разрядки батареи. Связь между космическим кораблем и центром управления полетом не могла быть установлена в течение более 24 часов. Первопричина этого инцидента не была определена, но программные и эксплуатационные ошибки способствовали серьезности аномалии. [10]
Первоначальный план миссии предусматривал, что за четырьмя включениями последует включение для вывода на орбиту 10 января 1999 года, но прерывание первого включения и потеря связи сделали это невозможным. Был введен в действие новый план, по которому NEAR пролетел мимо Эроса 23 декабря 1998 года в 18:41:23 UT со скоростью 965 м/с и на расстоянии 3827 км от центра масс Эроса. Камера сделала снимки Эроса, данные были собраны спектрографом ближнего ИК-диапазона , а во время пролета было выполнено радиосопровождение. Маневр сближения был выполнен 3 января 1999 года, включавший включение двигателя для приведения орбитальной скорости NEAR в соответствие со скоростью Эроса. Включение гидразинового двигателя состоялось 20 января для точной настройки траектории. 12 августа двухминутная работа двигателя замедлила скорость космического корабля относительно Эроса до 300 км/ч. [7]
Орбитальный выход вокруг Эроса произошел 14 февраля 2000 года в 15:33 UT (10:33 EST) после того, как NEAR завершил 13-месячную гелиоцентрическую орбиту, которая близко соответствовала орбите Эроса. Маневр сближения был завершен 3 февраля в 17:00 UT, замедлив космический аппарат с 19,3 до 8,1 м/с относительно Эроса. Еще один маневр состоялся 8 февраля, немного увеличив относительную скорость до 9,9 м/с. Поиски спутников Эроса проводились 28 января и 4 и 9 февраля; ни один не был найден. Сканирования проводились в научных целях и для смягчения любого возможного столкновения со спутником. NEAR вышел на эллиптическую орбиту 321×366 км вокруг Эроса 14 февраля. Орбита была медленно уменьшена до круговой полярной орбиты 35 км к 14 июля. NEAR оставался на этой орбите в течение десяти дней, а затем был поэтапно переведен на круговую орбиту 100 км к 5 сентября 2000 года. Маневры в середине октября привели к пролету Эроса на расстоянии 5,3 км от поверхности в 07:00 UT 26 октября. [7]
После пролета NEAR перешел на круговую орбиту высотой 200 км и изменил орбиту с прямой околополярной на ретроградную околоэкваториальную. К 13 декабря 2000 года орбита была смещена обратно на круговую низкую орбиту высотой 35 км. Начиная с 24 января 2001 года, космический аппарат начал серию близких пролетов (от 5 до 6 км) к поверхности и 28 января прошел в 2–3 км от астероида. Затем космический аппарат совершил медленный контролируемый спуск к поверхности Эроса, завершившись приземлением к югу от седловидной особенности Химерос 12 февраля 2001 года примерно в 20:01 UT (3:01 PM EST). К удивлению диспетчеров, космический аппарат был неповрежденным и работоспособным после посадки со скоростью, оцениваемой в 1,5–1,8 метра в секунду (таким образом, став первым космическим аппаратом, совершившим мягкую посадку на астероид). [12] После получения продления антенного времени на Deep Space Network , гамма-спектрометр космического корабля был перепрограммирован для сбора данных о составе Эроса с точки наблюдения примерно в 4 дюймах (100 мм) от поверхности, где он был в десять раз более чувствительным, чем при использовании на орбите. [13] Это увеличение чувствительности было частично обусловлено увеличенным соотношением сигнала с Эроса по сравнению с шумом, генерируемым самим зондом. [6] Воздействие космических лучей на датчик также было уменьшено примерно на 50%. [6]
В 7 вечера EST 28 февраля 2001 года были получены последние сигналы данных от NEAR Shoemaker перед его отключением. Последняя попытка связаться с космическим аппаратом 10 декабря 2002 года оказалась безуспешной. Вероятно, это было связано с экстремальными условиями -279 °F (-173 °C, 100 K ), в которых зонд находился на Эросе. [14]
Космический корабль имеет форму восьмиугольной призмы, примерно 1,7 м на стороне, с четырьмя фиксированными солнечными панелями из арсенида галлия в ветряной мельнице, фиксированной 1,5-метровой радиоантенной X-диапазона с высоким коэффициентом усиления с магнитометром, установленным на антенном фидере, и рентгеновским солнечным монитором на одном конце (передняя палуба), с другими приборами, закрепленными на противоположном конце (кормовая палуба). Большая часть электроники была установлена на внутренней стороне палуб. Двигательный модуль находился внутри. Решение установить приборы на корпусе космического корабля вместо использования штанг привело к необходимости экранирования гамма-спектрометра от шума, создаваемого кораблем. [6] Был использован экран из германата висмута , хотя он оказался лишь умеренно эффективным. [6]
Аппарат был стабилизирован по трем осям и использовал один двухкомпонентный ( гидразин / тетроксид азота ) главный двигатель 450 ньютон (Н) [15] и четыре 21 Н и семь 3,5 Н гидразиновых двигателей для движения, для общего потенциала дельта-V 1450 м/с. Управление ориентацией достигалось с помощью гидразиновых двигателей и четырех реактивных колес. Двигательная система несла 209 кг гидразина и 109 кг окислителя NTO в двух окислителях и трех топливных баках. [7]
Энергия обеспечивалась четырьмя солнечными панелями из арсенида галлия размером 1,8 на 1,2 метра , которые могли вырабатывать 400 Вт на расстоянии 2,2 а.е. (329 000 000 км), максимальном расстоянии NEAR от Солнца, и 1800 Вт на расстоянии 1 а.е. (150 000 000 км). Энергия хранилась в девятиампер-часовой, 22-элементной перезаряжаемой суперникель -кадмиевой батарее. [7]
Управление космическим аппаратом осуществлялось с помощью набора датчиков из пяти цифровых солнечных датчиков ориентации, инерциального измерительного блока (IMU) и камеры звездного трекера, направленной в противоположную сторону от направления наведения инструмента. IMU содержал полусферические резонаторы, гироскопы и акселерометры. Четыре маховика (расположенные таким образом, чтобы любые три могли обеспечить полное управление по трем осям) использовались для обычного управления ориентацией. Двигатели использовались для сброса углового момента с маховиков, а также для быстрого поворота и маневров движения. Управление ориентацией осуществлялось с точностью до 0,1 градуса, стабильность наведения линии визирования находилась в пределах 50 микрорадиан в течение одной секунды, а знание ориентации после обработки составляло 50 микрорадиан. [7]
Подсистема управления и обработки данных состояла из двух резервных процессоров управления и телеметрии и твердотельных регистраторов, блока переключения питания и интерфейса к двум резервным шинам данных стандарта 1553 для связи с другими подсистемами. NEAR был первым космическим аппаратом APL, использовавшим значительное количество пластиковых инкапсулированных микросхем (PEM), и первым, использовавшим твердотельные регистраторы данных для массового хранения — предыдущие космические аппараты APL использовали магнитофоны или магнитные сердечники. [16]
Твердотельные регистраторы построены на основе 16 Мбит IBM Luna-C DRAM . Один регистратор имеет 1,1 гигабит памяти, а другой — 0,67 гигабит. [7]
Миссия NEAR была первым запуском программы NASA Discovery , серии небольших космических аппаратов, разработанных для перехода от разработки к полету менее чем за три года, стоимостью менее 150 миллионов долларов. Строительство, запуск и 30-дневная стоимость этой миссии оцениваются в 122 миллиона долларов. Окончательная общая стоимость миссии составила 224 миллиона долларов, из которых 124,9 миллиона долларов были потрачены на разработку космического аппарата, 44,6 миллиона долларов — на поддержку запуска и отслеживание, и 54,6 миллиона долларов — на эксплуатацию миссии и анализ данных. [2]
Научная полезная нагрузка включает в себя: [17]
В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .
