La misión de encuentro con asteroides cercanos a la Tierra – Shoemaker ( NEAR Shoemaker ), rebautizada 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 una órbita cercana 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 fue cancelada poco más de dos semanas después. [3]
El objetivo científico principal de NEAR era obtener datos sobre las propiedades en masa, la composición, la mineralogía , la morfología, la distribución de la masa interna y el 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 de 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 fue de 56 kg (123 lb), lo que requirió 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 que fuera a 4660 Nereus y hiciera un sobrevuelo de 2019 van Albada en el camino. [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 fue un plan para visitar dos asteroides y dos cometas durante una década con la nave espacial. [5]
.jpg/1280px-Eros_-_PIA02923_(color).jpg)
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 cercano a la Tierra más grande. 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 modificó a una órbita retrógrada de 35 × 35 km el 13 de diciembre de 2000. La misión finalizó con un aterrizaje en la región de "silla de montar" de Eros el 12 de febrero de 2001.
Algunos científicos afirman que el objetivo final de la misión era vincular a Eros, un cuerpo asteroidal, con los meteoritos recuperados en la Tierra. Con suficientes datos 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 meteorítico se puede estudiar con un equipo grande, complejo y en constante evolución, y los resultados se pueden extrapolar a cuerpos en el espacio. NEAR no demostró ni desmintió este vínculo a satisfacción de los científicos.
Entre diciembre de 1999 y febrero de 2001, NEAR utilizó su espectrómetro de rayos gamma para detectar estallidos de rayos gamma como parte de la Red InterPlanetaria . [6]
Tras su lanzamiento a bordo de un Delta 7925-8 (un vehículo de lanzamiento Delta II con nueve cohetes propulsores sólidos acoplados y una tercera etapa Star 48 (PAM-D)) el 17 de febrero de 1996 y su salida 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 finalizó unos días antes del sobrevuelo del asteroide 253 Mathilde , de 61 km de diámetro . [7]
_mathilde_crop.jpg/1280px-(253)_mathilde_crop.jpg)
El 27 de junio de 1997, NEAR sobrevoló Mathilde a 1200 km a las 12:56 UT a 9,93 km/s, y envió imágenes y otros datos del instrumento. El sobrevuelo produjo más de 500 imágenes, que abarcaron 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, una quema en dos partes del propulsor principal de 450 N. Esto redujo la velocidad en 279 m/s y redujo el perihelio de 0,99 UA a 0,95 UA. El acercamiento con asistencia gravitacional a la Tierra se produjo el 23 de enero de 1998, a las 7:23 UT. El acercamiento más cercano fue de 540 km, lo que alteró la inclinación orbital de 0,5 a 10,2 grados y la distancia del afelio de 2,17 a 1,77 UA, casi igualando las de Eros. La instrumentación estaba activa en ese momento. [7]
El primero de los cuatro intentos de encendido programados para el encuentro se realizó el 20 de diciembre de 1998 a las 22:00 UT. Se inició la secuencia de encendido, pero se abortó de inmediato. Posteriormente, la nave entró en modo seguro y comenzó a dar volteretas. Los propulsores de la nave se encendieron miles de veces durante la anomalía, que gastó 29 kg de combustible, reduciendo el margen de combustible del programa a cero. Esta anomalía casi provocó la pérdida de la nave debido a la falta de orientación solar y la consiguiente descarga de la batería. No se pudo establecer contacto entre la nave y el centro de control de la misión durante más de 24 horas. No se ha determinado la causa raíz de este incidente, pero errores de software y operativos contribuyeron a la gravedad de la anomalía. [10]
El plan original de la misión preveía que las cuatro quemas fueran seguidas por una quema de inserción en órbita el 10 de enero de 1999, pero el aborto de la primera quema y la pérdida de comunicación hicieron que esto fuera 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 masas de Eros. La cámara tomó imágenes de Eros, se recopilaron datos mediante el espectrógrafo de infrarrojo cercano y se realizó un seguimiento por radio durante el sobrevuelo. Se realizó una maniobra de encuentro el 3 de enero de 1999, que incluyó una quema de propulsores para igualar la velocidad orbital de NEAR a la de Eros. Se realizó una quema de propulsores de hidracina el 20 de enero para afinar la trayectoria. El 12 de agosto, una quema de propulsores de dos minutos 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. El 3 de febrero a las 17:00 UT se completó una maniobra de encuentro, que redujo la velocidad de la nave espacial de 19,3 a 8,1 m/s con respecto a Eros. El 8 de febrero se realizó otra maniobra, que aumentó ligeramente la velocidad relativa a 9,9 m/s. El 28 de enero y el 4 y 9 de febrero se realizaron búsquedas de satélites de Eros; no se encontró ninguno. Las exploraciones se realizaron con fines científicos y para mitigar cualquier posible colisión con un satélite. El 14 de febrero, la sonda NEAR entró en una órbita elíptica de 321×366 km alrededor de Eros. El 14 de julio, la órbita se redujo lentamente hasta una órbita polar circular de 35 km. La sonda permaneció en esta órbita durante diez días y luego fue retrocediendo en etapas hasta una órbita circular de 100 km 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]
Tras el sobrevuelo, NEAR se desplazó a una órbita circular de 200 km y cambió su órbita de prograda casi polar a retrógrada casi ecuatorial. El 13 de diciembre de 2000, la órbita volvió a cambiar a una órbita baja circular de 35 km. A partir del 24 de enero de 2001, la nave espacial comenzó 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 realizó un descenso lento y controlado a la superficie de Eros, que terminó con un aterrizaje justo al sur de la formación 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 no sufrió daños y estaba 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 de observación a aproximadamente 4 pulgadas (100 mm) de la superficie, donde era diez veces más sensible que cuando se usaba en órbita. [13] Este aumento en la sensibilidad se debió en parte a la mayor 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]
El 28 de febrero de 2001, a las 19:00 EST, se recibieron las últimas señales de datos de NEAR Shoemaker antes de que se apagara. El 10 de diciembre de 2002, se intentó por última vez comunicarse con la nave espacial, pero no se logró. Esto se debió probablemente a las condiciones extremas de -173 °C (-279 °F, 100 K ) que experimentó la sonda mientras estuvo 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 en una disposición de molino de viento, una antena de radio fija de banda X de alta ganancia de 1,5 m con un magnetómetro montado en el alimentador de antena y un monitor solar de rayos X en un extremo (la cubierta delantera), con los otros instrumentos fijados en el extremo opuesto (la cubierta trasera). La mayoría de los componentes electrónicos estaban montados en el interior de las cubiertas. El módulo de propulsión estaba contenido en el interior. La decisión de montar los instrumentos en el cuerpo de la nave espacial en lugar de utilizar brazos hizo que el espectrómetro de rayos gamma necesitara ser protegido del ruido generado por la nave. [6] Se utilizó un escudo de germanato de bismuto , aunque esto resultó ser solo moderadamente efectivo. [6]
La nave estaba estabilizada en tres ejes y utilizaba un único propulsor principal bipropelente ( hidrazina / tetróxido de nitrógeno ) de 450 newton (N), [15] y cuatro propulsores de hidrazina 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 los propulsores de hidrazina y cuatro ruedas de reacción. El sistema de propulsión transportaba 209 kg de hidrazina y 109 kg de oxidante NTO en dos oxidantes y tres tanques de combustible. [7]
La energía se obtenía mediante cuatro paneles solares de arseniuro de galio de 1,8 por 1,2 metros, que podían producir 400 vatios a 2,2 UA (329.000.000 km), la distancia máxima de NEAR al Sol, y 1.800 vatios a una UA (150.000.000 km). La energía se almacenaba en una batería de níquel-cadmio recargable de 22 celdas y nueve amperios-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 dirección opuesta a la dirección del instrumento. La IMU contenía resonadores hemisféricos, giroscopios y acelerómetros. Se utilizaron cuatro ruedas de reacción (dispuestas de modo que tres de ellas puedan proporcionar un control completo de 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 de giro rápido y propulsión. El control de actitud fue de 0,1 grados, la estabilidad de apuntamiento de la línea de visión es de 50 microradianes durante un segundo y el conocimiento de actitud de posprocesamiento es de 50 microradianes. [7]
El subsistema de comando y manejo de datos estaba compuesto por dos procesadores de comando y telemetría redundantes y grabadoras de estado sólido, una unidad de conmutación de energía y una interfaz a dos buses de datos estándar 1553 redundantes para comunicaciones con otros subsistemas. NEAR fue la primera nave espacial APL en utilizar cantidades significativas de microcircuitos encapsulados en plástico (PEM), y la primera en utilizar grabadoras de datos de estado sólido para almacenamiento masivo; las naves espaciales APL anteriores utilizaban grabadoras de cinta magnética o núcleos magnéticos. [16]
Los grabadores de estado sólido están construidos a partir de DRAM IBM Luna-C de 16 Mbit . Un grabador tiene 1,1 gigabits de almacenamiento y el otro tiene 0,67 gigabits. [7]
La misión NEAR fue el primer lanzamiento del Programa Discovery de la NASA , una serie de naves espaciales a pequeña escala diseñadas para pasar del desarrollo al vuelo en menos de tres años por un costo de menos de 150 millones de dólares. El costo de construcción, lanzamiento y 30 días de esta misión se estima 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 la nave espacial, 44,6 millones de dólares para el apoyo y seguimiento del lanzamiento y 54,6 millones de dólares para las operaciones de la misión y el análisis de datos. [2]
La carga útil científica incluye: [17]
Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio .
