Near Earth Asteroid Rendezvous – Shoemaker ( NEAR Shoemaker ), rebautizado después de su lanzamiento en 1996 en honor al científico planetario Eugene Shoemaker , fue una sonda espacial robótica diseñada por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins para la NASA para estudiar el asteroide cercano a la Tierra Eros desde cerca. órbita durante un período de un año. Fue la primera nave espacial en orbitar un asteroide y aterrizar en él con éxito. [3] En febrero de 2000, la misión se acercó al asteroide y lo orbitó. El 12 de febrero de 2001, Shoemaker aterrizó en el asteroide y desapareció poco más de dos semanas después. [3]
El principal objetivo científico de NEAR era devolver datos sobre las propiedades generales, composición, mineralogía , morfología, distribución de masa interna y campo magnético de Eros. Los objetivos secundarios incluyen estudios de las propiedades del regolito , las interacciones con el viento solar , la posible actividad actual indicada por el polvo o el gas y el estado de giro del asteroide. Estos datos se utilizaron para ayudar a comprender las características de los asteroides en general, su relación con los meteoroides y los cometas , y las condiciones en el Sistema Solar primitivo. Para lograr estos objetivos, la nave espacial estaba equipada con un espectrómetro de rayos X / rayos gamma , un espectrógrafo de imágenes en el infrarrojo cercano, una cámara multiespectral equipada con un detector de imágenes CCD , un telémetro láser y un magnetómetro . También se realizó un experimento de radiociencia utilizando el sistema de seguimiento NEAR para estimar el campo gravitatorio del asteroide. La masa total de los instrumentos era de 56 kg (123 lb) y requería 80 vatios de potencia.
NEAR fue la primera sonda espacial robótica construida por el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins . [4] Un plan anterior para la misión era ir a 4660 Nereus y realizar un sobrevuelo de 2019 van Albada en ruta. [5] En enero de 2000, se encontraría con Nereus, pero en lugar de quedarse, visitaría múltiples asteroides y cometas. [5] Algunas de las opciones que se discutieron fueron 2P/Encke , 433 Eros (que se convirtió en el objetivo principal de la misión), 1036 Ganymed , 4 Vesta y 4015 Wilson–Harrington . [5] El Small-Body Grand Tour era un plan para visitar dos asteroides y dos cometas durante una década con la nave espacial. [5]
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El objetivo principal de la misión era estudiar el asteroide cercano a la Tierra 433 Eros desde su órbita durante aproximadamente un año. Eros es un asteroide de tipo S de aproximadamente 13 × 13 × 33 km de tamaño, el segundo asteroide más grande cercano a la Tierra. Inicialmente, la órbita era circular con un radio de 200 km. El radio de la órbita se redujo en etapas a una órbita de 50 × 50 km el 30 de abril de 2000 y se redujo a 35 × 35 km el 14 de julio de 2000. La órbita se elevó durante los meses siguientes a una órbita de 200 × 200 km y luego disminuyó lentamente y se alteró a una órbita retrógrada de 35 × 35 km el 13 de diciembre de 2000. La misión terminó con un aterrizaje en la región de la "silla de montar" de Eros el 12 de febrero de 2001.
Algunos científicos afirman que el objetivo final de la misión era vincular Eros, un cuerpo asteroidal, con meteoritos recuperados en la Tierra. Con datos suficientes sobre la composición química, se podría establecer un vínculo causal entre Eros y otros asteroides de tipo S, y aquellos meteoritos que se cree que son fragmentos de asteroides de tipo S (quizás el propio Eros). Una vez establecida esta conexión, el material de los meteoritos podrá estudiarse con equipos grandes, complejos y en evolución, y los resultados podrán extrapolarse a cuerpos en el espacio. NEAR no demostró ni refutó este vínculo a satisfacción de los científicos.
Entre diciembre de 1999 y febrero de 2001, NEAR utilizó su espectrómetro de rayos gamma para detectar explosiones de rayos gamma como parte de la Red InterPlanetaria . [6]
Después del lanzamiento en un Delta 7925-8 (un vehículo de lanzamiento Delta II con nueve propulsores de cohetes sólidos sujetos con correa y una tercera etapa Star 48 (PAM-D)) el 17 de febrero de 1996, y salió de la órbita terrestre, NEAR entró en la primera parte de su fase de crucero. NEAR pasó la mayor parte de la fase de crucero en un estado de "hibernación" de actividad mínima, que terminó unos días antes del sobrevuelo del asteroide 253 Mathilde de 61 km de diámetro . [7]
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El 27 de junio de 1997, NEAR voló cerca de Mathilde a 1200 km a las 12:56 UT a 9,93 km/s, devolviendo imágenes y otros datos de instrumentos. El sobrevuelo produjo más de 500 imágenes, que cubrían el 60% de la superficie de Mathilde, [8] así como datos gravitacionales que permitieron calcular las dimensiones y la masa de Mathilde. [9]
El 3 de julio de 1997, NEAR ejecutó la primera gran maniobra en el espacio profundo, un encendido en dos partes del propulsor principal de 450 N. Esto disminuyó la velocidad en 279 m/s y redujo el perihelio de 0,99 AU a 0,95 AU. El giro asistido por la gravedad de la Tierra ocurrió el 23 de enero de 1998 a las 7:23 UT. La aproximación más cercana fue de 540 km, alterando la inclinación orbital de 0,5 a 10,2 grados y la distancia del afelio de 2,17 a 1,77 AU, casi igualando las de Eros. La instrumentación estaba activa en este momento. [7]
La primera de las cuatro quemas de encuentro programadas se intentó el 20 de diciembre de 1998 a las 22:00 UT. La secuencia de grabación se inició pero se canceló inmediatamente. Posteriormente, la nave espacial entró en modo seguro y comenzó a dar vueltas. Los propulsores de la nave espacial se dispararon miles de veces durante la anomalía, lo que consumió 29 kg de propulsor, reduciendo el margen de propulsor del programa a cero. Esta anomalía casi provocó la pérdida de la nave espacial debido a la falta de orientación solar y el posterior agotamiento de la batería. No se pudo establecer contacto entre la nave espacial y el control de la misión durante más de 24 horas. No se ha determinado la causa raíz de este incidente, pero los errores operativos y de software contribuyeron a la gravedad de la anomalía. [10]
El plan original de la misión requería que los cuatro encendidos fueran seguidos por un encendido de inserción en órbita el 10 de enero de 1999, pero la interrupción del primer encendido y la pérdida de comunicación hicieron esto imposible. Se puso en marcha un nuevo plan en el que NEAR sobrevoló Eros el 23 de diciembre de 1998 a las 18:41:23 UT a una velocidad de 965 m/s y a una distancia de 3827 km del centro de masa de Eros. La cámara tomó imágenes de Eros, los datos fueron recopilados por el espectrógrafo de infrarrojo cercano y se realizó un seguimiento por radio durante el sobrevuelo. El 3 de enero de 1999 se realizó una maniobra de encuentro que implicó el encendido del propulsor para igualar la velocidad orbital de NEAR a la de Eros. El 20 de enero se quemó el propulsor de hidracina para afinar la trayectoria. El 12 de agosto, un encendido de dos minutos del propulsor redujo la velocidad de la nave espacial en relación con Eros a 300 km/h. [7]
La inserción orbital alrededor de Eros se produjo el 14 de febrero de 2000, a las 15:33 UT (10:33 EST) después de que NEAR completara una órbita heliocéntrica de 13 meses que coincidía estrechamente con la órbita de Eros. Una maniobra de encuentro se completó el 3 de febrero a las 17:00 UT, desacelerando la nave espacial de 19,3 a 8,1 m/s en relación con Eros. Otra maniobra tuvo lugar el 8 de febrero, aumentando ligeramente la velocidad relativa a 9,9 m/s. Las búsquedas de satélites de Eros se llevaron a cabo los días 28 de enero y 4 y 9 de febrero; no se encontró ninguno. Los escaneos tenían fines científicos y para mitigar cualquier posible colisión con un satélite. NEAR entró en una órbita elíptica de 321 × 366 km alrededor de Eros el 14 de febrero. La órbita se redujo lentamente a una órbita polar circular de 35 km el 14 de julio. NEAR permaneció en esta órbita durante diez días y luego fue retirada en etapas hasta una órbita de 100 km. km para el 5 de septiembre de 2000. Las maniobras realizadas a mediados de octubre condujeron a un sobrevuelo de Eros a 5,3 km de la superficie a las 07:00 UT del 26 de octubre. [7]
Después del sobrevuelo, NEAR pasó a una órbita circular de 200 km y cambió la órbita de una órbita casi polar prograda a una órbita retrógrada casi ecuatorial. El 13 de diciembre de 2000, la órbita volvió a ser una órbita baja circular de 35 km. A partir del 24 de enero de 2001, la nave espacial inició una serie de pasadas cercanas (de 5 a 6 km) a la superficie y, el 28 de enero, pasó a 2 o 3 km del asteroide. Luego, la nave espacial hizo un descenso lento y controlado a la superficie de Eros, terminando con un aterrizaje justo al sur de la característica en forma de silla de montar Himeros el 12 de febrero de 2001, aproximadamente a las 20:01 UT (3:01 pm EST). Para sorpresa de los controladores, la nave espacial resultó ilesa y operativa después del aterrizaje a una velocidad estimada de 1,5 a 1,8 metros por segundo (convirtiéndose así en la primera nave espacial en aterrizar suavemente en un asteroide). [12] Después de recibir una extensión del tiempo de antena en la Red de Espacio Profundo , el espectrómetro de rayos gamma de la nave espacial fue reprogramado para recolectar datos sobre la composición de Eros desde un punto estratégico a unas 4 pulgadas (100 mm) de la superficie, donde estaba diez veces más sensible que cuando se utilizó en órbita. [13] Este aumento en la sensibilidad se debió en parte al aumento de la relación de la señal de Eros en comparación con el ruido generado por la propia sonda. [6] El impacto de los rayos cósmicos en el sensor también se redujo en aproximadamente un 50%. [6]
A las 7 pm EST del 28 de febrero de 2001, se recibieron las últimas señales de datos de NEAR Shoemaker antes de que se cerrara. Un último intento de comunicarse con la nave espacial el 10 de diciembre de 2002 fracasó. Esto probablemente se debió a las condiciones extremas de -279 °F (-173 °C, 100 K ) que experimentó la sonda mientras estaba en Eros. [14]
La nave espacial tiene la forma de un prisma octogonal, de aproximadamente 1,7 m de lado, con cuatro paneles solares fijos de arseniuro de galio dispuestos en forma de molino de viento, una antena de radio fija de alta ganancia en banda X de 1,5 m con un magnetómetro montado en la alimentación de la antena, y un monitor solar de rayos X en un extremo (la cubierta de proa), con los otros instrumentos fijados en el extremo opuesto (la cubierta de popa). La mayoría de los componentes electrónicos se montaron en el interior de las plataformas. El módulo de propulsión estaba contenido en el interior. La decisión de montar instrumentos en el cuerpo de la nave espacial en lugar de utilizar brazos resultó en la necesidad de proteger el espectrómetro de rayos gamma del ruido generado por la nave. [6] Se utilizó un escudo de germanato de bismuto , aunque resultó sólo moderadamente eficaz. [6]
La nave estaba estabilizada en tres ejes y utilizaba un único propulsor principal bipropulsor ( hidracina / tetróxido de nitrógeno ) de 450 newton (N), [15] y cuatro propulsores de hidracina de 21 N y siete de 3,5 N para la propulsión, para un potencial delta-V total de 1450 m/s. El control de actitud se logró utilizando propulsores de hidracina y cuatro ruedas de reacción. El sistema de propulsión transportaba 209 kg de hidracina y 109 kg de oxidante NTO en dos tanques de oxidante y tres de combustible. [7]
La energía era proporcionada por cuatro paneles solares de arseniuro de galio de 1,8 por 1,2 metros, que podían producir 400 vatios a 2,2 AU (329.000.000 km), la distancia máxima de NEAR del Sol y 1.800 vatios a una AU (150.000.000 km). La energía se almacenó en una batería súper de níquel-cadmio recargable de 22 celdas y nueve amperios por hora . [7]
La guía de la nave espacial se logró mediante el uso de un conjunto de sensores de cinco detectores digitales de actitud solar, una unidad de medición inercial (IMU) y una cámara de seguimiento de estrellas apuntada en la dirección opuesta a la dirección del instrumento. La IMU contenía giroscopios y acelerómetros con resonadores hemisféricos. Se utilizaron cuatro ruedas de reacción (dispuestas de modo que tres de ellas puedan proporcionar un control completo de los tres ejes) para el control de actitud normal. Los propulsores se utilizaron para descargar el momento angular de las ruedas de reacción, así como para maniobras rápidas de giro y propulsión. El control de actitud fue de 0,1 grados, la estabilidad de la línea de visión está dentro de los 50 microradianes durante un segundo y el conocimiento de la actitud del posprocesamiento es de 50 microradianes. [7]
El subsistema de manejo de datos y comando estaba compuesto por dos procesadores de telemetría y comando redundantes y registradores de estado sólido, una unidad de conmutación de energía y una interfaz para dos buses de datos estándar 1553 redundantes para comunicaciones con otros subsistemas. NEAR fue la primera nave espacial APL en utilizar una cantidad significativa de microcircuitos encapsulados en plástico (PEM) y la primera en utilizar grabadores de datos de estado sólido para almacenamiento masivo; las naves espaciales APL anteriores utilizaban grabadoras de cinta magnética o núcleos magnéticos. [dieciséis]
Los grabadores de estado sólido están construidos a partir de DRAM IBM Luna-C de 16 Mbit . Una grabadora tiene 1,1 gigabits de almacenamiento y la otra tiene 0,67 gigabits. [7]
La misión NEAR fue el primer lanzamiento del Programa Discovery de la NASA , una serie de naves espaciales de pequeña escala diseñadas para pasar del desarrollo al vuelo en menos de tres años por un costo de menos de 150 millones de dólares. La construcción, el lanzamiento y el costo de 30 días de esta misión se estiman en 122 millones de dólares. El costo total final de la misión fue de 224 millones de dólares, que consistieron en 124,9 millones de dólares para el desarrollo de naves espaciales, 44,6 millones de dólares para apoyo y seguimiento del lanzamiento y 54,6 millones de dólares para operaciones de la misión y análisis de datos. [2]
La carga útil científica incluye: [17]
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