Deep Space 1 foi o primeiro dunha serie de demostradores tecnolóxicos desenvolvidos pola NASA baixo o programa New Millennium. Ademais, sobrevoo o asteroide9969 Braille en xullo de 1999 e o cometa19P/Borrelly en setembro de 2001.[4]
Nave
A estrutura principal da nave está formada por un marco octogonal cunhas dimensións e 1,1 x 1,1 x 1,5 metros. En total, unha vez montados os instrumentos e o resto de sistemas, a nave mide 2,5 x 2,1 x 1,7 metros. A masa no lanzamento era de 486,3kg, incluíndo 31,1kg de hidracina para o sistema de control de actitude e 81,5kg de xenon para o motor iónico.[4]
A alimentación eléctrica era proporcionada por un par de paneis solares que, unha vez despregados, daban unha lonxitude total á nave de 11,75 metros. Os propios paneis solares eran un elemento de demostración tecnolóxica: unha lente cilíndrica concentraba a luz solar nas células fotovoltaicas e axudaba a protexelas. Os paneis proporcionaban 2500 vatios de potencia a 100 voltios ó principio da misión.[4]
As comunicacións tiñan lugar mediante a antena de alta ganancia, mediante tres antenas de baixa ganancia e mediante unha antena que emitía en banda Ka.[4]
A propulsión corría cargo dun motor iónico alimentado por xenon e situado na parte inferior do corpo principal da nave. Tiña 30cm de diámetro e estaba composto por unha cámara de ionización na que se inxectaba o xenon para ionizalo, e unha reixa aceleradora, na que se producía unha diferenza de potencial de 1280 voltios, e que aceleraba os ións de xenon ata os 31,5km/s para lanzalos fora da nave e producir un impulso de ata 0,09 N a máxima potencia (usando 2300 W) e de 0,02 N no nivel mínimo de potencia (500 W). O exceso de electróns producidos na cámara de ionización era recollido e inxectado no chorro de escape ionizado para neutraliza-la carga eléctrica. Durante a misión primaria consumíronse 17 dos 81,5kg de xenon dispoñibles.[4]
Tras cumprir a misión principal, na que se probaron con éxito tódalas novas tecnoloxías a bordo da nave, e a misión estendida, na que fixo os sobrevoos do asteroide e do cometa, procedeuse a apagar o motor iónico o 18 de decembro de 2001 ás 20:00 UTC para dar por finalizado o traballo da sonda. O receptor de radio quedou acendido para un posible contacto futuro coa nave.[4][6]
Deep Space 1 probou doce novas tecnoloxías no espazo:[7]
A Deep Space 1 en terra, antes do lanzamento, co motor iónico en primeiro plano.
Motor iónico: o deseño do motor iónico de Deep Space 1 está baseado nos deseños do proxecto NSTAR (NASA Solar Electric Power Technology Application Readiness) da NASA. Mide 30cm de diámetro e usa gas xenon como propelente, que é inxectado nunha cámara de ionización e logo acelerado mediante un par de reixas cargadas unha positiva e a outra negativamente. Os electróns arrancados do xenon na cámara de ionización son inxectados mediante un eléctrodo no chorro de ións expulsados para neutraliza-la carga. A potencia eléctrica máxima que pode consumir o motor é de 2500 W e produce un pulo de 90mN (comparable á forza exercida por unha folla de papel situada sobre a man). A potencia mínima usable polo motor é de 500 W, cun pulo resultante de 20mN. A pesar do pulo tan pequeno que produce, a vantaxe do motor iónico é que pode funcionar durante centos e miles de horas, co que o pulo acumulado consegue velocidades finais iguais ou maiores que un motor químico convencional pero cunha eficiencia ata dez veces superior.
Paneis con concentradores solares (SCARLET): Deep Space 1 leva dous paneis solares cada un composto por catro segmentos cunhas medidas de 113 por 160cm que lle dan á nave unha lonxitude total de 11,8 metros. Os paneis van recubertos cun total de 720 lentes de Fresnel cilíndricas e feitas de silicio que concentran a luz nas células fotovoltaicas dos paneis. As células están feitas dunha combinación de fosfuro de galio e indio, arseniuro de galio e xermanio. Os paneis xeraban entre un 15 e un 20 por cento máis de potencia que calquera outros paneis do mesmo tamaño para cando foron lanzados: 2400 W a unha voltaxe de 100 voltios no inicio da misión.
Navegación autónoma (AutoNav): AutoNav permitía a Deep Space 1 coñecer a súa posición dentro do sistema solar polos seus propios medios, comparando a posición de diferentes asteroides coñecidos contra o fondo de estrelas. Na memoria da nave alcenábase a posición de 250 asteroides e 250.000 estrelas.
Axente remoto: é un software capaz de planificar e tomar decisións autonomamente a partir de indicacións xerais enviadas desde terra.
Experimento de baliza de monitor de operacións (Beacon Monitor Operations Experiment): é un experimento destinado a simplificar a maneira en que a nave informa do seu estado aos controladores de terra. A idea é que, en lugar de enviar información sobre o seu estado como parte da telemetría, en forma de sinais dixitais de radio que consomen parte do ancho de banda, a nave envía tan só un de catro tons posibles para indicar o seu estado xeral: "verde" para indicar que a nave está funcionando correctamente, "laranxa" que se produciu unha anomalía resolta pola nave e que está funcionando aceptablemente, "amarelo" para indicar a necesidade de envío de datos a terra ou unha petición de axuda e "vermello" para un problema crítico que a nave non pode resolver por si mesma e que require intervención dos controladores. O experimento permite reducir os requisitos de ancho de banda e a necesidade de comunicación da nave mediante as antenas máis grandes, de 70 m de diámetro, da Rede do Espazo Profundo, necesitándose tan só antenas de 3 a 10 metros para poder recibir as transmisións da baliza.
Esquema de Deep Space 1.
MICAS (Miniature Integrated Camera Spectrometer): MICAS integra unha cámara, un espectrómetroultravioleta e un espectrómetro infravermello nun instrumento de 12kg de peso. Cumpre tres funcións: serve para avaliar o rendemento do instrumento para o seu uso noutras misións espaciais; recolle imaxes para uso do sistema de navegación autónomo; e recolle datos científicos, en particular durante os sobrevoos. Os sensores de MICAS acceden á luz mediante un telescopio de 10cm de diámetro.
PEPE (Plasma Experiment for Planetary Exploration): PEPE agrupa diferentes sensores nun só instrumento adicado ó estudo do plasma interplanetario. Tamén cumpre tres funcións: valida o instrumento para uso noutras misións; axudar a determinar os efectos do motor iónico nas superficies e instrumentos da nave; e fai medicións científicas durante a fase de cruceiro e de sobrevoo.
Pequeno transpondedor de espazo profundo (Small Deep-Space Transponder): é unha das tecnoloxías adicadas á mellora das comunicacións, e combina diferentes funcións: receptor, detector de comandos, modulador de telemetría, excitador e controla e xera os tons para a baliza. A masa do instrumento é de 3kg e pode recibir e transmitir en banda X e só transmitir en Banda Ka, de maior frecuencia. O pequeno tamaño e peso do transpondedor conseguíronse a base de usar circuítos integrados monolíticos avanzados para microondas feitos de arseniuro de galio, técnicas de empaquetamento de alta densidade e circuítos de silicio específicos para aplicacións.
Amplificador de estado sólido para banda Ka (Ka-Band Solid-State Power Amplifier): trátase dun amplificador que permite á nave transmitir en banda Ka. O uso de banda Ka no espazo é interesante porque para transmitir a mesma cantidade de información necesítase menos potencia e antenas de menor tamaño. Como desvantaxe, a banda Ka vese afectada máis facilmente pola meteoroloxía terrestre, polo que pode supoñer un problema na recepción no segmento de terra.
Electrónica de baixa potencia: é un experimento no que se probaron tecnoloxías que implican baixos voltaxes, lóxica de baixa actividade, arquitecturas de baixa enerxía e xestión de micropotencia. Entre os dispositivos a ser probados incluíanse un anel oscilador, transistores e un multiplicador.
Estrutura multifuncional: os deseños tradicionais das naves espaciais implican o deseño e construción por separado dos diferentes elementos (estrutura, control térmico, electrónica...) e a integración final na nave completa. A Deep Space 1 foi pensada de tal modo que combina o control térmico e a electrónica nun só elemento de carga estrutural consistente nun panel de material composto con parches de poliimide de cobre nun lado do panel con dispositivos de transferencia de calor insertados neles. A parte externa do panel serve de radiador térmico e a circuitería eléctrica está impresa na capa de poliimida de cobre.
Módulo de conmutación e de activación de potencia (Power Activation and Switching Module): é un "interruptor intelixente" que consiste realmente en oito interruptores agrupados en pares redundantes e capaces de monitorizar un total de catro cargas eléctricas. Os interruptores poden medir corrente e voltaxe e limita-la corrente se é necesario.
Deep Space 1 sobrevoou o asteroide Braille o 29 de xullo de 1999 ás 4:46 UTC a unha distancia mínima de 26km e a unha velocidade relativa de 15,5km/s. O día anterior ó sobrevoo a nave entrou en modo seguro, pero puido ser recuperada antes do encontro. Nas 48 horas previas fixéronse seis correccións menores de traxectoria. Debido a un problema co sistema de apuntado automático da nave, o instrumento MICAS non quedou fixado no asteroide durante a aproximación e ademais apagouse 25 segundos antes do momento de menor distancia, polo que non se obtiveron espectros nin imaxes durante esta fase. Durante a fase de alonxamento, na que a nave xirou para mirar cara ao lado contrario do asteroide, conseguíronse un par de imaxes (a 915 e 932 segundos trala máxima aproximación, correspondendo a unha distancia duns 14.000km) e unha docena de espectros (3 minutos despois das imaxes). O instrumento PEPE fixo medicións do contorno de plasma en todo momento. Cos datos obtidos calculouse que o asteroide mide uns 2,2km de longo por 1km de ancho. Os espectros mostraron que ten unha composición parecida á do asteroide 4 Vesta.[4]
Cometa 19P/Borrelly
O núcleo do cometa 19P/Borrelly fotografiado por Deep Space 1.
Tralo finalización da misión principal, o 18 de setembro de 1999, a misión de Deep Space 1 foi estendida. O plan orixinal consistía en sobrevoar o cometa 4015 Wilson–Harrington en xaneiro de 2001 e o cometa Borrelly en setembro dese mesmo ano. O fallo do seguidor de estrelas da nave o 11 de novembro de 1999 trastocou o primeiro sobrevoo, e para poder realizar o encontro co Borrelly tiveron que desenvolverse novas técnicas de navegación sen usar o seguidor de estrelas. Finalmente, Deep Space 1 entrou na coma do cometa o 22 de setembro de 2001 e fixo a súa máxima aproximación, a unha distancia de 2171km, ás 22:29:33 UTC do mesmo día. A velocidade relativa do encontro foi de 16,58km/s e tanto o instrumento PEPE como o MICAS funcionaron sen problemas.[4]
