深空-1探測器

深空-1(Deep Space-1)探測器是NASA“新盛世計畫”的首個探測器，於1998年10月24日用“德爾它”運載火箭發射。該任務是一項技術驗證任務，主要目標是驗證太陽能電推進、高效聚光式太陽陣、自主光學導航、輕型科學儀器包、通信和微電子設備組件等12項高風險的空間技術。此外，深空-1還對小行星和彗星進行了飛越探測。

基本介紹

• 中文名：深空-1探測器
• 外文名：Deep Space-1,DS-1
• 國家：美國
• 又稱：深空1號
• 運載器：“德爾它”運載火箭
• 主要功能：空間技術研究
• 發射時間：1998年

探測器概況

1998年10月24日當地時間8時零8分,在美國佛羅里達州卡納維拉爾角,美國航宇局用1枚小型“德爾他”火箭成功地發射了1個採用離子推進器的空間探測器——深空-1。它是美國航宇局“ 2000年高風險、高回報科技計畫”中的第一個項目,也是人類迄今為止第一個以離子推進器為主要動力的空間探測器。

這個能夠自主運行、由離子推進的深空-1空間探測器價值1.52億美元。儘管這個探測器看上去與美國航宇局發射的許多其他無人駕駛探測器毫無不同,但它是用1台電子計算機來導航的,並由離子推進發動機為動力系統來飛越太空的。飛行規劃人員希望能利用該探測器實現對目標小行星進行一些令人感興趣的觀察,其中包括小行星的構成及其表面結構。但深空-1探測器的主要任務是驗證一系列新技術。由於美國航宇局歷來認為這些新技術風險太大,因而不敢在重要的航天計畫中使用。

美國航宇局這次在深空-1探測器上採用了多項創新技術:其一是一種未經檢驗的推進系統,其二是要給這個推進系統提供動力的未經檢驗的太陽電池陣,第三是該探測器採用的一種未經檢驗的導航系統。與以往使用液態燃料的探測器不同,深空-1探測器的燃料是無色的氙氣,其推進速度是9.9萬千米每小時。深空-1探測器僅用大約82kg氙氣燃料,就足以飛往1.89億千米外的小行星,從而大大減少了空間運行成本。如不用離子推進器,深空-1探測器要完成同樣任務所需的燃料將是現在的10倍之多。推進器和其他設備所需的電力由一種新型太陽能電池陣生產。電池陣上帶有720面鏡片,把陽光聚集到太陽能電池中。深空-1探測器採用的新型“獨立導航系統”具有自動導航能力,不需人工操作。深空-1探測器通過掃描星體和小行星,能知道自己所在的確切位置,甚至有可能在飛往小行星的過程中自行完成機動動作。

深空-1探測器此行的第1個目的地是距離地球1.9億千米處的小行星(1992KD), 1999年7月它將與該小行星相會,並對其進行為期幾個月的遠距離觀察。然後,該探測器將於2001年1月飛往威爾遜-哈林頓彗星,並將於2001年晚些時候飛往博雷利彗星。

美國航宇局負責此次發射的官員雷·盧戈說:深空-1的成功發射揭開了美國航宇局從下個世紀開始實施“高風險、高回報”的高技術航天計畫的序幕。美國航宇局希望深空-1探測器採用的一系列新技術將使今後經常進行類似的航天發射成為可能。但1998年11月10日當該探測器距地球約321.8萬千米處時,安裝在深空-1探測器上的氙離子發動機在首次啟動運轉4.5分鐘後,突然停止工作。地面控制人員曾多次試圖令其恢復運轉,但均未獲成功。直到1998年11月25日,當地面人員對其重新啟動後,該離子發動機才恢復了正常。美國航宇局噴氣推進實驗室11月25日稱,離子發動機突然關閉可能是由金屬微粒摩擦引起的,也可能是由兩個高壓栓之間存在的其他物質造成的。

目標任務

新技術試驗

深空1號與其說是科學太空飛行器，不如說是技術開發太空飛行器，因為它的主要任務是在月球以外的深太空試驗12項可能用於未來科學計畫的新型推進技術。這也就是它被命名為“深空1號”的原因。其中兩項新技術在發射後12小時生效，太陽聚光器的功能是用圓柱體透鏡將陽光集中到3600塊太陽能電池上;另一項是一個小的深空應答器.此外,一個人工智慧系統使太空飛行器的自控能力比以前有了很大提高,從而減少了地面控制人員和設備所需的經費。當然最為重要的實驗項目是首次使用迴轉離於發動機。其工作原理是:撞擊氨原子中的電子,使之由氦原子核中被剝離出來,成為等離子的氨原子.用電極加速,使其形成速度達到28km/s。的迅猛噴射,這種噴射的反作用力使探測加速;由於可提供幾乎連續的推力,因此其效率是傳統火箭的10倍以上。這是一項前景十分看好的新型火箭技術。按照計畫時間表,離子發動機在1998年11月9日開始試運轉。

考察小行星及彗星

儘管“深空1號”的主要目的是新技術實驗,但同時也擔負著考察近地小行星1992KD和另外兩顆彗星的科學任務。近地小行星199ZKD是美國天文學家E·赫林和K·羅連斯(女)於1992年5月27日發現的。當時他們使用帕洛馬山天文台的46cm施密特望遠鏡對著天秤座方向的同一天區,相隔34分鐘拍攝了兩張照片,發現照片中一個暗至15.5等的星點位置發生移動,從而確認這是一顆新找到的小行星。將其命名為1992KD。其時它距離我們地球3860萬km,相當於月球與地球之間距離的100倍。後來的連續觀測和計算表明,這是一顆近地小行星,對地球有一定潛在威脅，從而被選為“深空1號”的考察目標。“深空1號’,是在一條飛近近地小行星1992KD的軌道上運行,2009年7月28日至29日它可接近199ZKD至5km到10km,屆時可對這顆小行星的大小、形狀、礦物結構等項目進行近距離考察。儘管“深空1號”的主要技術實驗和科學考察計畫將於1999年9月18日結束,但其壽命還會延長2年,並對兩顆彗星進行考察；如果一切順利，2001年1月20日將與威爾遜-哈林頓彗星相會,2001年9月21日至25日與波萊利彗星相會,進行一系列太空物理量的測量,為科學家研究彗星和太陽風之間的相互作用提供科學數據。“深空1號”和全部探測計畫將於2001年12月結束。

探測器運行情況

1998年11月24日，探測器進行了離子推進系統技術驗證；1999年7月29日，探測器飛越9969號小行星“布雷爾”，與該小行星相距26km，速度15.5km/s，這是目前探測器飛越小行星的最近距離；同年9月18日，探測器主任務結束探測器原計畫的擴展任務是先後飛越“威爾遜-哈靈頓”彗星和“包瑞利”彗星，但1999年11月，探測器的星跟蹤器失效，因此NASA修改了原飛行計畫，使探測器只飛往“包瑞利”彗星；2001年9月22日，探測器以16.5km/s的速度飛越“包瑞利”彗星的彗發，並獲得其彗核的圖像和紅外光譜；2001年12月18日，地面傳送指令關閉了探測器的離子發動機，任務結束。

主要性能參數

探測器的發射質量為486kg，其中探測器質量374kg，肼燃料31.1kg，氙氣81.5kg。主平台為八邊形柱體結構，尺寸為1.1 m×1.1m×1.5m，探測器是世界上首個使用離子發動機作為主推進器的空間探測器，該離子發動機於質量為48kg，高推力模式功率2300W，推力92mN；高比沖模式功率500W，推力20mN。

探測器的太陽翼是一種高效聚光式太陽陣，其尺寸和質量均小於傳統太陽翼。該太陽翼面積約9.9m²，任務初期的最大功率為2500W通信採用X頻段，高增益天線信噪比為24.6dB，在地球附近的通信數據率為19.9kbit/s。探測器攜帶了新型“小型深空轉發器”，該設備集成了接收機、指令檢測裝置、遙測調製器、激勵器、信標側音發生器和相關控制功能，質量為3kg，採用X頻段上行和X/Ka頻段下行。探測器還對“多功能結構”進行了測試，即在結構板里鑲嵌電子設備，這一技術可簡化未來太空飛行器的結構。

探測器攜帶了2種有效載荷，其中輕型集成相機/成像光譜儀用於觀測小行星和彗星，並拍攝用於光學導航的圖像；行星際探測電漿光譜儀用於科學觀測和測量離子發動機對星上儀器的影響。