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.png/500px-Deep_Space_1_clean_(PIA04242).png) ディープ・スペース1号のイオンスラスター発射のアーティストによる概念図 | |||||||||
| ミッションタイプ | テクノロジーデモンストレーター | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| オペレーター | NASA /ジェット推進研究所 | ||||||||
| コスパーID | 1998-061A | ||||||||
| SATCAT番号 | 25508 | ||||||||
| Webサイト | ja.nasa.gov/ja ...nasa.gov より | ||||||||
| ミッション期間 | 3年1ヶ月24日 | ||||||||
| 宇宙船の特性 | |||||||||
| メーカー | 軌道科学 | ||||||||
| 打ち上げ質量 | 486 kg (1,071 ポンド) [1] | ||||||||
| 乾燥質量 | 373 kg (822 ポンド) [1] | ||||||||
| 寸法 | 2.1 × 11.8 × 2.5 m (6.9 × 38.6 × 8.2 フィート) | ||||||||
| 力 | 2,500ワット[1] | ||||||||
| ミッション開始 | |||||||||
| 発売日 | 1998 年 10 月 24 日、12:08 UTC [2] | ||||||||
| ロケット | デルタII 7326 [1] D-261 | ||||||||
| 発射場 | ケープカナベラル SLC-17A [1] | ||||||||
| 請負業者 | ボーイング | ||||||||
| ミッション終了 | |||||||||
| 廃棄 | 廃止 | ||||||||
| 無効化 | 2001年12月18日 20:00 UTC [2] | ||||||||
| 9969 点字飛行 | |||||||||
| 最接近 | 1999年7月29日 04:46 UTC [2] | ||||||||
| 距離 | 26 km (16 マイル) | ||||||||
| 19P/ボレリーのフライバイ | |||||||||
| 最接近 | 2001 年 9 月 22 日、22:29:33 UTC [2] | ||||||||
| 距離 | 2,171 km (1,349 マイル) | ||||||||
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 DS1ミッションロゴ | |||||||||
ディープ スペース 1 ( DS1 ) は、小惑星と彗星のそばを飛行したNASA の技術実証宇宙船でした。これは、先進技術のテストに特化したニュー ミレニアム プログラムの一部でした。
1998 年 10 月 24 日に打ち上げられたディープ スペース 1宇宙船は、主な科学目標である小惑星9969 ブレイルのフライバイを実施しました。ミッションは 2 回延長され、19P/ボレリー彗星との遭遇とさらなるエンジニアリング テストが行われました。初期段階およびスタートラッカーで発生した問題により、ミッション構成は何度も変更されました。小惑星のフライバイは部分的な成功に留まりましたが、彗星との遭遇により貴重な情報が得られました。
ディープ・スペース・シリーズはディープ・スペース2探査機によって継続され、1999年1月に火星極地着陸機に相乗りして打ち上げられ、火星の表面に衝突することを目的としていた（しかし連絡が途絶え、ミッションは失敗した）。ディープ・スペース1は、従来の化学動力ロケットではなくイオン推進を使用した最初のNASA宇宙船であった。 [3]
テクノロジー
ディープ・スペース1の目的は、将来のミッションのための技術開発と検証であり、12の技術がテストされた。[4]
- 太陽電気推進
- 太陽光集光アレイ
- 多機能構造
- 小型統合カメラとイメージング分光計
- イオンおよび電子分光計
- 小型深宇宙トランスポンダー
- Kaバンドソリッドステートパワーアンプ
- ビーコンモニターの操作
- 自律リモートエージェント
- 低電力エレクトロニクス
- パワーアクチュエーションおよびスイッチングモジュール
- 自律航行
オートナビ
NASA のジェット推進研究所が開発した Autonav システムは、既知の明るい小惑星の画像を撮影します。太陽系内の小惑星は、他の天体に対して顕著で予測可能な速度で移動します。したがって、宇宙船は、一定の時間スケールで固定されているように見える星の背景上でそのような小惑星を追跡することにより、相対的な位置を決定できます。2 つ以上の小惑星があれば、宇宙船はその位置を三角測量できます。時間的に 2 つ以上の位置があれば、宇宙船はその軌道を決定できます。既存の宇宙船は、事実上逆GPSであるNASA 深宇宙ネットワーク(DSN) の送信機とのやり取りによって追跡されます。ただし、DSN による追跡には多くの熟練したオペレーターが必要であり、DSN は通信ネットワークとして使用されるため過負荷になっています。Autonav を使用すると、ミッションのコストと DSN の要求が削減されます。
オートナビシステムは逆に使用することもでき、宇宙船に対する物体の位置を追跡する。これは科学機器のターゲットを取得するために使用される。宇宙船にはターゲットの大まかな位置がプログラムされている。最初の取得後、オートナビは対象をフレーム内に維持し、宇宙船の姿勢制御を操作します。[5]次にオートナビを使用した宇宙船はディープインパクトでした。
SCARLET 集光型太陽光発電アレイ
ミッションの主な電力は、新しい太陽電池アレイ技術である屈折線形要素技術による太陽光集光アレイ（SCARLET）によって生産されました。これは、シリコン製の線形フレネルレンズを使用して太陽光を太陽電池に集中させるものです。[6] ABLEエンジニアリングは、フレネル光学系を供給したEntech IncおよびNASAグレン研究センターと協力して、集光技術を開発し、DS1用の太陽電池アレイを構築しました。この活動は、もともとSSI-コネストーガ1620ペイロードであるMETEOR用に開発された、弾道ミサイル防衛機構によって後援されました。集光レンズ技術は、ミッション開始当時の最先端技術であった GaAs太陽電池よりも大幅に優れた性能を持つデュアル接合太陽電池と組み合わせられました。
SCARLET アレイは、従来のアレイよりも小型で軽量でありながら、1 AU で 2.5 キロワットを生成しました。
NSTARイオンエンジン
イオンエンジンは1950年代後半からNASAで開発されていたが、 1960年代のSERTミッションを除いて、この技術は米国の宇宙船で飛行実証されていなかった。一方、ソ連とロシアの宇宙船では何百ものホール効果エンジンが使用されていた。宇宙での実績がないため、推進剤の質量を節約できる可能性があったにもかかわらず、この技術は高コストのミッションに使用するには実験的すぎると考えられていた。さらに、イオン推進の予期せぬ副作用が、磁場や粒子の測定などの典型的な科学実験に何らかの形で干渉する可能性がある。そのため、ディープ・スペース1の実証の主な目的は、科学ミッションでイオンスラスタを長期間使用することを示すことだった。[7]
NASAグレン宇宙センターで開発されたNASAソーラー技術応用準備（NSTAR）静電イオンスラスタは、 1000～3000秒の比推力を達成している。これは従来の宇宙推進方法よりも桁違いに高いため、質量は約半分に削減される。これにより、打ち上げロケットのコストが大幅に削減される。エンジンは最大出力（DS1では2,100W）でわずか92ミリニュートン（0.33 オンスf）の推力しか生み出さないが、イオンエンジンは長時間連続的に推進するため、この宇宙船は高速を達成した。[7]
NSTARエンジンを搭載した次の宇宙船は3つの冗長ユニットを備えたドーンであった。[8]
リモートエージェント
NASAのエイムズ研究センターとジェット推進研究所で開発されたリモートインテリジェント自己修復ソフトウェアであるリモートエージェント（RAX）は、人間の監視なしで宇宙船を制御する最初の人工知能制御システムでした。 [9]リモートエージェントは、組み込みのREPL環境を通じて、船上での活動を計画し、宇宙船コンポーネントのシミュレートされた障害を正しく診断して対応する能力を正常に実証しました。[10]自律制御により、将来の宇宙船は地球からより遠くで動作し、深宇宙でより高度な科学収集活動を実行できるようになります。リモートエージェントソフトウェアのコンポーネントは、他のNASAミッションのサポートに使用されています。リモートエージェントの主なコンポーネントは、堅牢なプランナー（EUROPA）、計画実行システム（EXEC）、およびモデルベース診断システム（Livingstone）でした。[ 10 ] EUROPAは、火星探査ローバーの地上ベースのプランナーとして使用されました。リビングストン2号は、 NASAのドライデン飛行研究センターにある地球観測衛星1号とF/A-18ホーネットに搭載されて実験的に飛行した。
ビーコンモニター
DSN の負担を軽減するもう 1 つの方法は、ビーコン モニター実験です。ミッションの長い巡航期間中、宇宙船の運用は基本的に停止されます。ディープ スペース 1 は、データの代わりに、所定の周波数でキャリア信号を送信しました。データのデコードがなければ、キャリアははるかに単純な地上のアンテナと受信機で検出できます。DS1 が異常を検出すると、緊急度に基づいて 4 つのトーン間でキャリアを変更します。次に、地上の受信機がオペレーターに DSN リソースを転用するように信号を送ります。これにより、熟練したオペレーターと高価なハードウェアが、負荷のない正常に動作するミッションを監視する必要がなくなりました。同様のシステムが、ニュー ホライズンズ冥王星探査機で使用され、木星から冥王星までの 10 年間の巡航中にコストを抑えました。
標準時
小型深宇宙トランスポンダ(SDST) は、コンパクトで軽量な無線通信システムです。小型化されたコンポーネントを使用するほか、SDST はK aバンドで通信できます。このバンドは深宇宙ミッションで現在使用されているバンドよりも周波数が高いため、宇宙と地上の小型機器で同じ量のデータを送信できます。逆に、既存の DSN アンテナは、より多くのミッションに時間を分割できます。打ち上げ時には、DSN に少数の K a受信機が試験的に設置されていましたが、K a の運用とミッションは増加しています。
SDSTは後にマーズ・サイエンス・ラボラトリー（火星探査車キュリオシティ）などの他の宇宙ミッションにも使用された。[11]
ペペ
DS1 はターゲットに到達すると、PEPE (惑星探査用プラズマ実験) 装置で粒子環境を感知します。この装置は、イオンと電子のフラックスをそのエネルギーと方向の関数として測定します。イオンの組成は、飛行時間型質量分析計を使用して決定されます。
ミカス
MICAS (小型統合カメラおよび分光計) 装置は、可視光画像と赤外線および紫外線分光法を組み合わせて化学組成を決定します。すべてのチャネルは、シリコンカーバイドミラーを使用する 10 cm (3.9 インチ) の望遠鏡を共有します。
PEPE と MICAS はどちらも、他の宇宙船の大型機器や機器群と同等の機能を持っています。以前のミッションで使用されていたものよりも小型で、消費電力も少なくなるように設計されました。
ミッション概要
打ち上げ前、ディープ・スペース1号は、ウェスト・コホーテック・イケムラ彗星と小惑星マコーリフ3352を訪問する予定であった。[12]打ち上げが遅れたため、ターゲットは小惑星ブレイユ9969（当時は1992 KDと呼ばれていた）とボレリー彗星19Pに変更され、ミッションの初期の成功を受けてウィルソン・ハリントン彗星も追加された。 [13]ブレイユへのフライバイは不完全ながらも達成され、スタートラッカーの問題により、ウィルソン・ハリントン彗星へのフライバイを断念し、ボレリー彗星へのフライバイは成功した。[13] 2002年8月の小惑星1999 KK1へのフライバイは、別の延長ミッションとして検討されたが、最終的にはコスト上の懸念から進められなかった。[14] [15]ミッション中、火星の高品質の赤外線スペクトルも撮影されました。[13] [16]
結果と成果
イオン推進エンジンは当初、4.5分の運転後に故障した。しかし、その後復旧し、優れた性能を発揮した。ミッションの初期段階では、打ち上げロケットの分離中に放出された物質により、近接したイオン抽出グリッドがショートした。物質は電気アークによって侵食され、ガス放出によって昇華され、または単に漂流したため、汚染は最終的に除去された。これは、閉じ込められた物質にアークを当てながら、エンジンをエンジン修理モードで繰り返し再起動することで達成された。[17]
イオン エンジンの排気ガスは、無線通信や科学機器などの他の宇宙船システムに干渉する可能性があると考えられていました。PEPE 検出器には、エンジンからのそのような影響を監視するという二次的な機能がありました。スラスタからのイオンの流束により、PEPE が約 20 eV 未満のイオンを観測できなかったにもかかわらず、干渉は見つかりませんでした。
もう一つの失敗は、スタートラッカーの紛失である。スタートラッカーは、星のフィールドを内部のチャートと比較することで宇宙船の方向を決定する。スタートラッカーの代わりにMICASカメラを再プログラムすることで、ミッションは救われた。MICASはより感度が高いが、視野が1桁狭いため、情報処理の負担が大きくなる。皮肉なことに、スタートラッカーは既製の部品であり、信頼性が高いと期待されていた。[13]
スタートラッカーが機能しなかったため、イオン噴射は一時的に中止されました。噴射時間が失われたため、107P/ウィルソン・ハリントン彗星のフライバイはキャンセルされました。
Autonav システムでは、時々手動で修正する必要がありました。ほとんどの問題は、暗すぎる物体の識別、または明るい物体がカメラ内で回折スパイクや反射を引き起こして識別が困難なため、Autonav がターゲットを誤認してしまうことでした。
リモート エージェント システムには、宇宙船の 3 つのシミュレートされた障害が提示され、各イベントを正しく処理しました。
- 故障した電子ユニットをリモート エージェントが再起動して修復しました。
- 故障したセンサーが誤った情報を提供し、リモート エージェントがそれを信頼できないと認識したため、正しく無視されました。
- 姿勢制御スラスタ（宇宙船の向きを制御するための小型エンジン）が「オフ」の位置で動かなくなっていましたが、リモート エージェントがこれを検出し、そのスラスタに依存しないモードに切り替えることで補正しました。
全体として、これは完全に自律的な計画、診断、および回復の成功した実証となりました。
MICASの装置は設計的には成功していたが、紫外線チャンネルが電気的な故障で故障した。ミッション後半でスタートラッカーが故障した後、MICASもこの役割を引き継いだ。このため、ボレリー彗星との遭遇を含む残りのミッション期間中、MICASの科学的利用は継続的に中断された。[18]
小惑星9969ブレイルのフライバイは部分的な成功に留まった。ディープ・スペース1は小惑星からわずか240メートル（790フィート）の距離を時速56,000キロメートル（時速35,000マイル）でフライバイする予定だった。接近直前のソフトウェアクラッシュなどの技術的な問題により、探査機はブレイルから26キロメートル（16マイル）の距離を通過した。これに加え、ブレイルのアルベドが低かったため、小惑星はオートナビがカメラを正しい方向に向けるのに十分な明るさがなく、写真撮影はほぼ1時間遅れた。[13] 撮影された写真は残念ながら不明瞭なものだった。
しかし、ボレリー彗星の接近通過は大成功で、彗星表面の極めて詳細な画像が返されました。これらの画像は、これまで唯一撮影された彗星の写真、つまりジオット宇宙船が撮影したハレー彗星よりも解像度が高かったものです。PEPE 機器は、彗星の太陽風の相互作用が核からずれていると報告しました。これは、彗星の表面全体に均等に分布していなかったジェットの放出によるものと考えられています。
デブリシールドがなかったにもかかわらず、宇宙船は彗星の通過を無傷で乗り切った。今回も、まばらな彗星の噴流は宇宙船に向かっているようには見えなかった。ディープ・スペース1はその後、宇宙船のハードウェア技術の再テストに重点を置いた第2段階の延長ミッションに入った。このミッション段階の焦点はイオンエンジンシステムにあった。宇宙船は最終的に姿勢制御スラスタ用のヒドラジン燃料を使い果たした。高効率イオンスラスタには主推進に加えて姿勢制御を行うのに十分な量の推進剤が残っていたため、ミッションを続行することができた。[18]
1999年10月下旬から11月上旬にかけて、探査機のブライル遭遇後の沿岸段階において、ディープ・スペース1号はMICAS装置で火星を観測した。これは非常に遠いフライバイであったが、装置は火星の複数の赤外線スペクトルを撮影することに成功した。[13] [16]
現在の状況
ディープ・スペース1号は主要および副次的な目的を達成し、貴重な科学データと画像を送り返した。DS1号のイオンエンジンは2001年12月18日、およそ20:00:00 UTCに停止され、ミッションの終了を告げた。機内通信は、将来機体が必要になった場合に備えてアクティブモードのままに設定された。しかし、2002年3月に通信を再開する試みは失敗した。[18]機体は太陽系内に留まり、太陽の周りを周回している。[2]
統計
- 打ち上げ質量: 486 kg (1,071 ポンド)
- 乾燥質量: 373 kg (822 ポンド)
- 燃料: 姿勢制御スラスタ用ヒドラジン31kg (68ポンド) 、 NSTARイオンエンジン用キセノン82kg (181ポンド) [1]
- 電力: 2,500ワット、そのうち2,100ワットはイオンエンジンに供給
- 主契約者: Spectrum Astro、後にGeneral Dynamicsに買収され、その後Orbital Sciences Corporationに売却された。
- 打ち上げ機: ボーイングデルタ II 7326
- 発射場:ケープカナベラル空軍基地 宇宙発射施設17A
- 総費用: 1億4,970万ドル
- 開発費：9,480万ドル
- 人員:
- プロジェクトマネージャー: David Lehman
- ミッションマネージャー: フィリップ・ヴァルギース
- チーフミッションエンジニア兼副ミッションマネージャー: マーク・レイマン
- プロジェクト科学者: ロバート・ネルソン
参照
参考文献
- ^ abcdef 「Deep Space 1 Asteroid Flyby」（PDF）（プレスキット）。NASA 。 1999年7月26日。 2001年11月16日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF）。2016年11月20日閲覧。
- ^ abcde 「Deep Space 1」。アメリカ国立宇宙科学データセンター。NASA 。 2016年11月20日閲覧。
- ^ シディキ、アシフ A. (2018)。 Beyond Earth: 深宇宙探査の記録、1958 ～ 2016 (PDF)。 NASA 歴史シリーズ (第 2 版)。 NASA。 p. 2.ISBN 978-1-62683-042-4LCCN 2017059404. SP-2018-4041. 2019年4月24日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。
- ^ 「Advanced Technologies」NASA/ジェット推進研究所。 2016年11月20日閲覧。
- ^ Bhaskaran, S.; et al. (2000). 「ディープ・スペース1自律航法システム：飛行後分析」 AIAA/AAS 宇宙力学専門家会議 2000年8月14～17日 コロラド州デンバーCiteSeerX 10.1.1.457.7850 . doi :10.2514/6.2000-3935. AIAA-2000-3935.
- ^ Murphy, David M. (2000). The Scarlet Solar Array: Technology Validation and Flight Results (PDF) . Deep Space 1 Technology Validation Symposium. 2000年2月8～9日. カリフォルニア州パサデナ. 2011年10月15日時点のオリジナル(PDF)よりアーカイブ。
- ^ ab Rayman, Marc D.; Chadbourne, Pamela A.; Culwell, Jeffery S.; Williams, Steven N. (1999年8月～11月). 「Deep Space 1のミッション設計：低推力技術検証ミッション」（PDF） . Acta Astronautica . 45（4～9）：381～388. Bibcode：1999AcAau..45..381R. doi ：10.1016/S0094-5765(99)00157-5. 2015年5月9日時点のオリジナル（PDF）よりアーカイブ。
- ^ 「Dawn: Spacecraft」NASA/ジェット推進研究所。 2016年11月20日閲覧。
- ^ 「Remote Agent」NASA。2010年4月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年4月22日閲覧。
- ^ ab Garret, Ron (2012年2月14日). リモートエージェント実験: 6000万マイル離れた場所からコードをデバッグする。YouTube.com。Google Tech Talks。2021年12月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。スライド。
- ^ Makovsky, Andre; Ilott, Peter; Taylor, Jim (2009 年 11 月)。「火星科学研究所通信システム設計」(PDF)。設計およびパフォーマンス概要シリーズ。NASA/ジェット推進研究所。2010 年 5 月 27 日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF)。
- ^ 「彗星宇宙ミッション」SEDS.org 2016年11月20日閲覧。
- ^ abcdef Rayman, Marc D.; Varghese, Philip (2001年3月～6月). 「The Deep Space 1 Extended Mission」(PDF) . Acta Astronautica . 48 (5～12): 693～705. Bibcode :2001AcAau..48..693R. doi :10.1016/S0094-5765(01)00044-3. 2009年5月9日時点のオリジナル(PDF)よりアーカイブ。
- ^ Schactman, Noah (2001年12月18日). 「NASAの探査機の終焉」Wired。2008年6月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Rayman, Marc (2001年12月18日). 「ミッションアップデート」. Dr. Marc Raymanのミッションログ. NASA/ジェット推進研究所. 2009年8月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ ab 「ディープ・スペース1：ミッション情報」NASA、2003年9月29日。 2016年11月20日閲覧。
- ^ Rayman, Marc D.; Varghese, Philip; Lehman, David H.; Livesay, Leslie L. (2000年7月～11月). 「Deep Space 1 Technology Validation Missionの結果」(PDF) . Acta Astronautica . 47 (2～9): 475～487. Bibcode :2000AcAau..47..475R. CiteSeerX 10.1.1.504.9572 . doi :10.1016/S0094-5765(00)00087-4. 2012年4月15日時点のオリジナル(PDF)よりアーカイブ。
- ^ abc Rayman, Marc D. (2003). 「ディープ・スペース1ミッションの成功: 派手なタイトルのない重要な成果」(PDF)。スペーステクノロジー。23 (2): 185–196。2016年11月21日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ディープ・スペース 1に関連するメディアがあります。
- NASA / ジェット推進研究所によるディープ・スペース 1 の Web サイト
- NASA / ニューミレニアムプログラムによるディープスペース1のウェブサイト
- エンサイクロペディア・アストロノーティカのディープ・スペース 1
- NASA 惑星データシステム、小天体ノードのディープ スペース 1 ミッション アーカイブ