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NEAR Shoemaker

Near Earth Asteroid Rendezvous – Shoemaker (NEAR Shoemaker), rebatizada após seu lançamento em 1996 em homenagem ao cientista planetário Eugene Shoemaker, foi uma sonda espacial robótica projetada pelo Applied Physics Laboratory da NASA para estudar o asteroide Eros, um asteroide próximo da Terra, a partir de órbita por cerca de um ano. Foi a primeira espaçonave a orbitar um asteroide e, posteriormente, a pousar com sucesso.[1] Em fevereiro de 2000, a missão se aproximou do asteroide e entrou em órbita ao seu redor. Em 12 de fevereiro de 2001, a Shoemaker tocou a superfície do asteroide e a missão foi encerrada pouco mais de duas semanas depois.[1]

Near Earth Asteroid Rendezvouz - Shoemaker

Concepção artística da sonda NEAR Shoemaker.
Tipo Sobrevoo, orbitador
Operador(es) Estados UnidosNASA
Website NEAR Shoemaker
Propriedades
Massa 487,0 kg
Missão
Data de lançamento 17 de Fevereiro de 1996 Estados UnidosCabo Canaveral, Estados Unidos
Veículo de lançamento Delta 7295-8
Destino Eros / 253 Mathilde
Fim da missão 10 de dezembro de 2002
Portal Astronomia

O principal objetivo científico da NEAR era obter dados sobre as propriedades gerais, composição, mineralogia, morfologia, distribuição interna de massa e campo magnético de Eros. Objetivos secundários incluíam o estudo das propriedades do rególito, interações com o vento solar, possíveis atividades atuais (indicadas por poeira ou gás) e o estado de rotação do asteroide. Esses dados foram usados para auxiliar na compreensão das características dos asteroides em geral, sua relação com meteoróides e cometas, bem como as condições no início do Sistema Solar. Para alcançar essas metas, a sonda foi equipada com um espectrômetro de raios X/espectrômetro de raios gama, um espectrógrafo de imagem no infravermelho próximo, uma câmera multiespectral com detector CCD, um telêmetro a laser e um magnetômetro. Um experimento de rádio-ciência também foi realizado usando o sistema de rastreamento da NEAR para estimar o campo gravitacional do asteroide. A massa total dos instrumentos era de 56 kg (123 lb), requerendo 80 watts de potência.

Desenvolvimento

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NEAR foi a primeira sonda espacial robótica construída pelo Applied Physics Laboratory (APL) da Universidade Johns Hopkins.[2] Um plano anterior para a missão previa que ela seguisse rumo ao 4660 Nereus e realizasse um sobrevoo de 2019 van Albada a caminho.[3] Em janeiro de 2000, ela se encontraria com Nereus, mas em vez de permanecer lá, visitaria vários asteroides e cometas.[3] Entre as opções discutidas estavam 2P/Encke, 433 Eros (que se tornou o alvo principal da missão), 1036 Ganymed, 4 Vesta e 4015 Wilson–Harrington.[3] O chamado Small-Body Grand Tour planejava visitar dois asteroides e dois cometas em uma década com a mesma espaçonave.[3]

Perfil da missão

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O asteroide 433 Eros visto pela sonda NEAR.

Resumo

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O objetivo principal da missão era estudar o asteroide 433 Eros, um asteroide de tipo S com dimensões aproximadas de 13 × 13 × 33 km (o segundo maior asteroide próximo à Terra), a partir de órbita durante cerca de um ano. Inicialmente, a órbita era circular com raio de 200 km. Esse raio orbital foi sendo reduzido em etapas, chegando a uma órbita de 50 × 50 km em 30 de abril de 2000, e diminuindo para 35 × 35 km em 14 de julho de 2000. A órbita foi então elevada novamente, chegando a 200 × 200 km, depois retornando a 35 × 35 km em movimento retrógrado em 13 de dezembro de 2000. A missão terminou com um pouso na região em formato de “sela” em Eros, em 12 de fevereiro de 2001.

Alguns cientistas afirmam que a meta final da missão seria relacionar o corpo asteroidal Eros com meteoritos recuperados na Terra. Com dados suficientes sobre composição química, poderia ser estabelecida uma ligação entre Eros e outros asteroides tipo S, bem como aqueles meteoritos que se acredita serem fragmentos de asteroides tipo S (talvez do próprio Eros). Assim, ao se estabelecer essa conexão, o material de meteoritos pode ser estudado em laboratório, com equipamentos complexos e em constante evolução, e os resultados poderiam ser extrapolados para corpos no espaço. A missão NEAR não conseguiu comprovar ou refutar esse vínculo de forma conclusiva.Entre dezembro de 1999 e fevereiro de 2001, a NEAR usou seu espectrômetro de raios gama para detectar explosões de raios gama (gamma-ray bursts) como parte do InterPlanetary Network.[4]

A viagem até Mathilde

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Lançamento da NEAR em fevereiro de 1996

Após seu lançamento em um foguete Delta 7925-8 (um Delta II com nove propulsores de combustível sólido e um terceiro estágio Star 48 (PAM-D)) em 17 de fevereiro de 1996, saindo da órbita terrestre, a NEAR entrou em sua primeira fase de cruzeiro. Durante grande parte dessa fase, a sonda permaneceu em “hibernação” com atividade mínima, até alguns dias antes do sobrevoo do asteroide de 61 km de diâmetro 253 Mathilde.[5]

 
Imagem obtida durante o sobrevoo de 253 Mathilde

Em 27 de junho de 1997, a NEAR passou por Mathilde a 1 200 km de distância, às 12h56 UTC, a uma velocidade de 9,93 km/s, registrando imagens e outros dados de instrumentos. Esse sobrevoo gerou mais de 500 imagens, cobrindo 60% da superfície de Mathilde,[6] além de dados gravitacionais que permitiram estimar dimensões e massa do asteroide.[7]

A viagem até Eros

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Em 3 de julho de 1997, a NEAR executou a primeira grande manobra no espaço profundo, numa queima em duas etapas do propulsor principal de 450 N. Isso reduziu a velocidade em 279 m/s e diminuiu o periélio de 0,99 UA para 0,95 UA. A assistência gravitacional da Terra ocorreu em 23 de janeiro de 1998, às 07h23 UTC, a uma distância de 540 km, alterando a inclinação orbital de 0,5 para 10,2 graus e a distância afélica de 2,17 para 1,77 UA, praticamente igualando-se à de Eros. Os instrumentos permaneceram ativos nesse período.[5]

Falha na primeira tentativa de inserção orbital

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A primeira de quatro manobras agendadas para o rendezvous ocorreu em 20 de dezembro de 1998, às 22h00 UTC. A sequência de queima do motor foi iniciada, mas abortada imediatamente. A sonda entrou em modo de segurança e passou a girar sem controle. Seus propulsores foram acionados milhares de vezes durante a anomalia, consumindo 29 kg de propelente e eliminando a margem de combustível do programa. Quase se perdeu a sonda, pois ela perdeu alinhamento solar e a bateria se esgotou. Não se conseguiu contato entre a espaçonave e o controle por mais de 24 horas. A causa primária do incidente não foi determinada, mas erros de software e de operação contribuíram para a gravidade da falha.[8]

O plano original previa as quatro manobras seguidas de uma queima de inserção orbital em 10 de janeiro de 1999, mas o aborto da primeira queima e a consequente perda de comunicação impossibilitaram isso. Adotou-se um novo plano, no qual a NEAR passaria por Eros em 23 de dezembro de 1998, às 18h41min23 UTC, a 965 m/s e a 3 827 km do centro de massa do asteroide. A câmera tirou imagens de Eros, o espectrógrafo no infravermelho próximo obteve dados, e foi realizado rastreamento de rádio durante o sobrevoo. Em 3 de janeiro de 1999, houve uma manobra para igualar a velocidade orbital da sonda à de Eros. Em 20 de janeiro, queimou-se hidrazina para ajustar a trajetória. Em 12 de agosto, uma queima de dois minutos reduziu a velocidade relativa para 300 km/h.[5]

Inserção orbital

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Animação da trajetória da NEAR Shoemaker de 19 de fevereiro de 1996 até 12 de fevereiro de 2001

A inserção orbital em torno de Eros ocorreu em 14 de fevereiro de 2000, às 15h33 UTC (10h33 EST), depois que a NEAR completou uma órbita heliocêntrica de 13 meses, quase igual à de Eros. Em 3 de fevereiro, às 17h UTC, houve uma manobra para reduzir a velocidade de 19,3 para 8,1 m/s relativa a Eros. Outra queima em 8 de fevereiro aumentou a velocidade relativa para 9,9 m/s. Buscas por satélites em Eros ocorreram em 28 de janeiro, 4 e 9 de fevereiro, não encontrando nada. Tais buscas tinham fins científicos e também visavam evitar possível colisão com satélites. Em 14 de fevereiro, a NEAR entrou em uma órbita elíptica de 321 × 366 km em torno de Eros. A órbita foi gradualmente reduzida até se tornar de 35 km (circular e polar) em 14 de julho. A NEAR permaneceu nessa órbita por dez dias e depois foi afastada em etapas até alcançar uma órbita circular de 100 km em 5 de setembro de 2000. Manobras em meados de outubro levaram a um sobrevoo de Eros a apenas 5,3 km de sua superfície às 07h UTC de 26 de outubro.[5]

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    Gráfico ilustrando a viagem da sonda NEAR
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    Animação da trajetória da NEAR Shoemaker ao redor de Eros de 1º de abril de 2000 até 12 de fevereiro de 2001
    •       NEAR Shoemaker
    •       433 Eros

Órbitas e pouso

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Imagem de Eros a cerca de 250 m de altitude (a região mostrada tem aproximadamente 12 m de largura). Foto tirada durante a descida da NEAR para a superfície do asteroide.[9]

Após o sobrevoo, a NEAR passou a uma órbita circular de 200 km e alterou a trajetória de uma órbita quase polar prógrada para uma órbita quase equatorial retrógrada. Em 13 de dezembro de 2000, retornou-se a uma órbita circular de 35 km de altitude. A partir de 24 de janeiro de 2001, a espaçonave fez uma série de aproximações (5 a 6 km) da superfície e, em 28 de janeiro, chegou a apenas 2 ou 3 km do asteroide. Em seguida, iniciou uma lenta descida controlada até a superfície de Eros, encerrada com pouso na região em forma de sela, em 12 de fevereiro de 2001, por volta das 20h01 UTC (15h01 EST). Para surpresa dos controladores, a sonda permaneceu funcional após o pouso, a cerca de 1,5–1,8 m/s (primeiro pouso suave em um asteroide).[10] Com a ampliação do tempo de uso das antenas da Deep Space Network, o espectrômetro de raios gama foi reprogramado para coletar dados sobre a composição de Eros a cerca de 4 polegadas (100 mm) acima da superfície, onde era dez vezes mais sensível que em órbita.[11] Esse ganho na sensibilidade deveu-se em parte à maior razão entre o sinal de Eros e o ruído gerado pela própria sonda.[4] O impacto dos raios cósmicos no sensor também foi reduzido em cerca de 50%.[4]

Às 19h EST de 28 de fevereiro de 2001, receberam-se os últimos sinais de dados da NEAR Shoemaker antes de desligá-la. Uma tentativa final de contatar a sonda em 10 de dezembro de 2002 não teve sucesso, provavelmente devido às condições extremas de −173 °C (cerca de 100 K) em Eros.[12]

Sonda e subsistemas

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Sonda

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A sonda NEAR dentro de seu foguete Delta II.

A sonda tem formato de um prisma octogonal, com aproximadamente 1,7 m de lado, dotada de quatro painéis solares de arseneto de gálio em um arranjo em “cata-vento”, uma antena fixa de 1,5 m de banda X com um magnetômetro acoplado no alimentador da antena, e um monitor solar de raios X em uma extremidade (deck frontal), com os outros instrumentos na extremidade oposta (deck traseiro). A maior parte dos eletrônicos está montada internamente nos decks. O módulo de propulsão fica no interior. A decisão de instalar os instrumentos diretamente no corpo da sonda, em vez de usar hastes, fez com que o espectrômetro de raios gama precisasse ser blindado contra ruídos gerados pela própria sonda.[4] Foi utilizada uma blindagem de bismuto germanato, mas com eficácia apenas moderada.[4]

A sonda é estabilizada em três eixos e usa um único propulsor bipropelente (hidrazina/tetróxido de nitrogênio) de 450 newtons (N),[13] além de quatro propulsores de 21 N e sete de 3,5 N para manobras, totalizando um delta-V de 1450 m/s. O controle de atitude é feito pelos propulsores de hidrazina e por quatro rodas de reação. O sistema carrega 209 kg de hidrazina e 109 kg de NTO em dois tanques de oxidante e três de combustível.[5]

A energia vem de quatro painéis solares de arseneto de gálio (1,8 × 1,2 m cada), capazes de gerar 400 watts a 2,2 UA (distância máxima de NEAR ao Sol) e 1 800 W a 1 UA. Uma bateria de níquel-cádmio de 9 ampères-hora (22 células) armazena a energia.[5]

O controle de orientação se baseia em um conjunto de cinco detectores de atitude solar digitais, uma unidade de medição inercial (IMU) e uma câmera de rastreamento estelar (star tracker) apontada no sentido oposto ao dos instrumentos. A IMU continha giroscópios de ressonadores hemisféricos e acelerômetros. As quatro rodas de reação (arranjadas de modo que três bastem para controle total) são usadas para o controle normal de atitude, enquanto os propulsores descarregam o momento angular das rodas e realizam manobras de rotação rápida ou propulsão. O controle de atitude tem precisão de 0,1 grau, a estabilidade de apontamento em linha de visada é de 50 microrradianos em 1 segundo e o conhecimento de atitude pós-processado chega a 50 microrradianos.[5]

O subsistema de comando e manipulação de dados compreende dois processadores redundantes de comando e telemetria e gravadores de estado sólido, uma unidade de comutação de energia e uma interface para dois barramentos de dados redundantes no padrão 1553. A NEAR foi a primeira espaçonave do APL a usar um grande número de microcircuitos encapsulados em plástico (PEMs) e a empregar gravadores de estado sólido em vez de gravadores de fita magnética ou núcleos magnéticos.[14]

Esses gravadores de estado sólido usam memórias DRAM IBM Luna-C de 16 Mbit. Um gravador tem 1,1 gigabit e o outro 0,67 gigabit.[5]

A missão NEAR foi o primeiro voo do Programa Discovery da NASA, série de espaçonaves de pequeno porte concebidas para desenvolvimento em menos de três anos e custo inferior a US$ 150 milhões. A construção, lançamento e 30 dias iniciais custaram cerca de US$ 122 milhões. O custo total final chegou a US$ 224 milhões, sendo US$ 124,9 milhões para desenvolvimento da sonda, US$ 44,6 milhões para suporte de lançamento e rastreamento, e US$ 54,6 milhões para operações e análise de dados.[15]

Conjunto de instrumentos e experimentos

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Diagrama mostrando a localização dos instrumentos científicos da NEAR

O conjunto científico inclui:[16]

  • A câmera Multi-Spectral Imager (MSI), projetada e construída pelo Applied Physics Laboratory da Universidade Johns Hopkins, forneceu imagens visíveis da superfície do asteroide.
  • O NEAR IR Spectrograph (NIS) cobre a faixa espectral de 0,8 a 2,6 µm em 62 bandas.
  • Um magnetômetro de três eixos, fornecido pelo Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, detecta o campo magnético do asteroide em frequências de 0 até 10 Hz.
  • O X-ray/Gamma-Ray Spectrometer (XGRS) consiste em dois instrumentos. O espectrômetro de raios X mede a fluorescência de raios X no asteroide, induzida pelos raios X solares. Já o espectrômetro de raios gama é um cintilador de iodeto de sódio (NaI) com blindagem ativa de BGO.
  • O laser rangefinder (NLR) é um telêmetro de pulso único de detecção direta.

Ver também

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Referências

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  1. ↑ a b «NEAR Shoemaker». NASA. Consultado em 26 de abril de 2021 
  2. ↑ Lawler, Andrew (4 de janeiro de 2002). «Lab Rivalry Spices Up Solar System Exploration». Science (em inglês). 295 (5552). 33 páginas. ISSN 0036-8075. PMID 11778023. doi:10.1126/science.295.5552.33. Consultado em 16 de novembro de 2022 
  3. ↑ a b c d Extended-mission opportunities for a Discovery-class asteroid rendezvous mission
  4. ↑ a b c d e Trombka, J. I.; Nittler, L. R.; Starr, R. D.; Evans, L. G.; et al. (2001). «The NEAR-Shoemaker x-ray/gamma-ray spectrometer experiment: Overview and lessons learned». Meteoritics & Planetary Science. 36 (12): 1605–1616. Bibcode:2001M&PS...36.1605T. doi:10.1111/j.1945-5100.2001.tb01852.x  
  5. ↑ a b c d e f g h NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details NASA Space Science Data Coordinated Archive. Retrieved February 5, 2019.
  6. ↑ Williams, David R. (18 de dezembro de 2001). «NEAR Flyby of Asteroid 253 Mathilde». NASA. Consultado em 10 de agosto de 2006 
  7. ↑ D. K. Yeomans; et al. (1997). «Estimating the mass of asteroid 253 Mathilde from tracking data during the NEAR flyby». Science. 278 (5346): 2106–9. Bibcode:1997Sci...278.2106Y. PMID 9405343. doi:10.1126/science.278.5346.2106. Consultado em 29 de agosto de 2007 
  8. ↑ «The NEAR Rendezvous Burn Anomaly of December 1998» (PDF). Final Report of the NEAR Anomaly Review Board. Novembro de 1999. Consultado em 2 de fevereiro de 2017. Cópia arquivada (PDF) em 9 de outubro de 2022 
  9. ↑ «Final Images from 2001 Feb 12». near.jhuapl.edu. Consultado em 17 de abril de 2022 
  10. ↑ Siddiqi, Asif A. (2018). Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration, 1958–2016 (PDF). Col: The NASA history series segunda ed. Washington, DC: NASA History Program Office. p. 2. ISBN 9781626830424. LCCN 2017059404. SP2018-4041. Cópia arquivada (PDF) em 9 de outubro de 2022 
  11. ↑ Worth, Helen (28 de fevereiro de 2001). «The End of an Asteroidal Adventure: NEAR Shoemaker Phones Home for the Last Time». Applied Physics Lab 
  12. ↑ «'NEAR Shoemaker's Silent Treatment». Applied Physics Laboratory. 23 de fevereiro de 2001 
  13. ↑ Williams, David R. (8 de fevereiro de 2000). «NEAR Mission Profile». NASA Goddard Space Flight Center. Consultado em 5 de fevereiro de 2019 
  14. ↑ Ronald K. Burek. "The NEAR Solid-State Data Recorders". Johns Hopkins APL Technical Digest. 1998
  15. ↑ «NEAR: FAQ». Applied Physics Lab 
  16. ↑ Santo, A. G.; Lee, S. C.; Gold, R. E. (1995). «NEAR spacecraft and instrumentation.». Journal of the Astronautical Sciences. 43 (4): 373–397 

Ligações externas

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