深空1号是美国宇航局喷推
实验室的一项计划,旨在验证未来行星际探测所需的十几项新技术,包括离子推进技术。于2001年12月18日结束了它为期3年的使命。
飞行器简介
在研制和发射宇宙飞船深空一号的过程中,有许多华人
科学家付出了心血与结晶。深空一号是美国
南加州巴沙迪纳喷气动力实验室设计制造的。在这个实验室担任研究工作的华人科学家刘登凯、谭国华、钟杰斐和梁庆丰等人,过去几个月来共同完成深空一号电脑结构的设计与安装工作。
许多国家的新闻媒体应邀在喷气动力实验室里观看了从
佛罗里达州
卡纳维拉尔角发射升空的深空一号,后来发现,该飞船升空后有关的遥控指令,都是由这些华人科学家在位于洛杉矶市北郊的这个实验室发出的。
第一个对深空一号电脑发出操作指令的刘登凯说,深空一号计划包含12项前所未有的太空新技术,这些技术对下一世纪的太空探测具有绝对的影响。刘登凯担任实验室航空电子部门经理。
飞行器任务
DS-1是美国NASA新千年计划中的第一个任务,新千年计划的主要目标就是试验和验证
空间飞行器在轨飞行中涉及到的一系列新技术和新设备,验证一系列新概念技术在空间环境下的风险,从而提升未来航天器的研制基础。DS-1则尤其是NASA/JPL的一款低成本微小卫星技术验证任务,该任务验证了以下技术:1)太阳能电力推进技术;2)聚焦太阳能阵列;3)自主导航技术;4)微小相机
光谱成像技术;5)小型深空应答机技术;6)Ka波段固态
功率放大器;7)信标监测技术;8)自主远程代理终端;9)低功耗电子器件;10)电源驱动及切换模块;11)多功能结构。
飞行器本体
DS-1飞行器主结构为8棱柱铝框架,高1.5m,直径1.1m。整星的外形尺寸为2.5m高,2.1m深,1.7m宽。该探测器由Spectrum Astro公司建造,在飞行器建造中采用了MSTI (Miniature Seeker Technology Integration微小化总装技术)技术,主要的部组件安装在平台外部,这样极大简化了总装和测试的工作流程。
DS-1飞行器的供电主要依靠蓄电池和安装在本体两侧的太阳电池阵,在展开状态下长达11.75m,卫星太阳电池阵设计成SCARLET II(Solar Concentrator Arrays with Refractive Linear Element Technology,利用了线性屈光元件的太阳光聚能电池阵)该电池阵在距离太阳1AU处可产生2.5kw功率。
飞行器总重量486.3kg,其中包括373.7kg飞行器干重,31.1kg肼推进剂以及81.5kg氙气用于离子推进。
飞行器的无线通信通过一部
高增益天线、3部低增益天线,1部安装在飞行器顶部的Ka波段天线,其中一部低增益天线安装在飞行器尾部服务舱并指向地球方向。所有的数据通信都采用CCSDS协议。
发射与轨道
Deep Space -1飞行器于1998年10月24日,由Delta-7326运载火箭从卡纳维拉尔角发射升空,与Deep Space-1一起升空的还有SEDSAT-1卫星,Deep Space -1飞行器被发射进入太阳系行星际轨道,飞行器轨道周期453天,轨道面与黄道面夹角0.4º,近日点日心距0.99AU,远日点日心距1.32AU,轨道偏心率0.14300。飞行器的第一个目标是一颗
近地小行星“1992 KD”,该小行星的估算直径在2~5km。
深空一号的风险
深空1 号是由美国航宇局喷气推进实验室负责的一个项目,采取了该局“更快、更好、更省”的指导思想。这一指导思想也有不利的一面,那就是会加大项目的风险。为了省钱,深空1号的大多数系统不设备份,只有少数系统 采取了较低水平的冗余配置,因此容易出现所谓的“单点故障”,导致探测器夭折。例如,如果升空后太阳阵展不开或不能正确地指向太阳,地面控制人员将只有1.5 一 3 小时的时间利用探测 器上的蓄电池提供的电力来查找障。蓄电池是由美国空军提供的,由于经费太紧,容量很有限。卫星的公用舱由光谱宇宙公司制造,采用了该公司小型寻的技术综合( MSIT )卫星的公用舱设计。
深空 l 号项目是在1995 年得到批准的,3 年后即发射升空,很好地体现了指导思想上的“快” 字。行星际探测 要“赶机会”,发射要在一定的“窗口” 时段内进行。同其它行星际探测器一样,深空 1 号也是越到发射前越紧张。星上的行星探索等离子体实验件 ( PEPE) 直到9月15日才交付发射,比进度要求晚了一年多,离发射窗口打开的时间只有一个月 (发射窗口为10月22日至11月初 ) 。其实,深空1号按原计划应在1998 年7月发射,当时的打算是先飞过火星和麦考利夫小行星,然后在 2000年6月与一彗星交会,但由于软、硬件研制工作延误,发射时间在前不久被推至10月,探测目标也因此改为小行星1992KD。
深空1号的预算为1.523亿美元,其中发射前的研制工作耗资0.948亿美元,火箭发射服务费用0. 435亿美元,1999年9月18日主任务完成前的飞行操作费用0.103 亿美元,另有370万美元用于科学探测方面的工作。不过离子 发动机的研制经费是单的,花了0.38 亿美元。若飞行任务延长到2001年底,在延长期内该项目还要再花0.15亿美元。
探索彗星
1998 年10月24日,在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角火箭发射场,首次使用的德尔塔7326一95型火箭向着宇宙深空呼啸而去。表面看来,这似乎是一次载着航天飞行器的司空见惯的发射。这架航天飞行器的重量也只有486千克。但是,只有美国宇航局内部的人才十分清楚这次发射的意义所在——作为宇航局新千年计划的一部分,它不同寻常,甚至它的名字就非同一般,“深空1号”,简称DS一1。
绝大多数
空间探测器都会使用试验过并已经成功的技术,以尽量减少失败的可能。但是,对于耗资1.5亿美元的深空1号来说,它的任务本身,就是带着 十几项新的、不成熟的技术,飞往宇宙深空进行试验。其中包括:一部功率 210瓦特、可供长时间连续使用的
离子推进器,一个高功率太阳能板,以及在特殊情况下处理此项飞行任务的人工智能计算机软件。作为一个技术实验飞船,深空1号就是一个飞行中的实验室。
深空 1 号飞船的首席管理马克·雷曼 (MarcRayman),在宇航局的
喷气推进实验室领导着一个由科学家和工程师组成的小组。这些足智多谋的成员共同编织着他们五彩缤纷的空间飞行之梦。他们总能够想出新的东西来进行试验。甚至于,在他们最初的技术试验还没有完全完成之前,他们又在规划下一轮的科技冒险了。他们想让深空 1 号飞越一颗彗星。这件事,以前只有很少的飞行器尝试过。的确,比起研究得比较好的大行星、小行星来说,彗星还是一个处女地。飞近一颗彗星,对于深空1号似乎是很自然的一件事。
任务结束
深空 l 号,美国宇航局设计用来检验高新技术的一只宇宙飞船于2001 年12月18日结束了它为期 3年的使命。地面控制专家向这只宇宙飞船发出关闭它的
离子发动机和其他系统的指令。留下深空1号的射电接收机以备宇航局什么时候决定恢复这一计划时所用。
深空1号是 1 99 8 年 o r 月发射的,原本运行1年检验一些高新技术,包括离子发动机、人工智能控制系统和高新太阳能电池等。1998年7月,它飞越小行星 Braille后,继续执行一个延续计划。尽管一架用于确定宇宙飞船定位的恒星跟踪照相机失灵,深空1号仍然在2001 年9月成功地飞越了彗星Borrelly,传回了迄今拍摄的最好的彗核图像。
发射专家曾希望深空1号2002年8月飞越小行星1999KK1,但宇航局认为要延续这一计划需花很多的钱,与其这样不如发射新探测器。