| Near Earth Asteroid Rendezvouz - Shoemaker | |
|---|---|
 Concepção artística da sonda NEAR Shoemaker. | |
| Tipo | Sobrevoo, orbitador |
| Operador(es) |  NASA |
| Website | NEAR Shoemaker |
| Propriedades | |
| Massa | 487,0 kg |
| Missão | |
| Data de lançamento | 17 de Fevereiro de1996Cabo Canaveral,Estados Unidos |
| Veículo de lançamento | Delta 7295-8 |
| Destino | Eros / 253 Mathilde |
| Fim da missão | 10 de dezembro de2002 |
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Near Earth Asteroid Rendezvous – Shoemaker (NEAR Shoemaker), rebatizada após seu lançamento em 1996 em homenagem ao cientista planetárioEugene Shoemaker, foi umasonda espacialrobótica projetada peloApplied Physics Laboratory daNASA para estudar oasteroideEros, umasteroide 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]
O principal objetivo científico daNEAR era obter dados sobre as propriedades gerais, composição,mineralogia, morfologia, distribuição interna demassa ecampo magnético de Eros. Objetivos secundários incluíam o estudo das propriedades dorególito, interações com ovento 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 dosasteroides em geral, sua relação commeteoróides ecometas, bem como as condições no início do Sistema Solar. Para alcançar essas metas, a sonda foi equipada com umespectrômetro de raios X/espectrômetro de raios gama, um espectrógrafo de imagem noinfravermelho próximo, uma câmera multiespectral com detector CCD, umtelêmetro a laser e ummagnetômetro. Um experimento de rádio-ciência também foi realizado usando o sistema de rastreamento daNEAR para estimar ocampo gravitacional do asteroide. A massa total dos instrumentos era de 56 kg (123 lb), requerendo 80 watts de potência.
NEAR foi a primeirasonda espacial robótica construída peloApplied Physics Laboratory (APL) daUniversidade Johns Hopkins.[2] Um plano anterior para a missão previa que ela seguisse rumo ao4660 Nereus e realizasse um sobrevoo de2019 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 estavam2P/Encke,433 Eros (que se tornou o alvo principal da missão),1036 Ganymed,4 Vesta e4015 Wilson–Harrington.[3] O chamado Small-Body Grand Tour planejava visitar dois asteroides e dois cometas em uma década com a mesma espaçonave.[3]
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O objetivo principal da missão era estudar o asteroide433 Eros, umasteroide 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 missãoNEAR não conseguiu comprovar ou refutar esse vínculo de forma conclusiva.Entre dezembro de 1999 e fevereiro de 2001, aNEAR usou seu espectrômetro de raios gama para detectarexplosões de raios gama (gamma-ray bursts) como parte doInterPlanetary Network.[4]
Após seu lançamento em um foguete Delta 7925-8 (umDelta II com nove propulsores de combustível sólido e um terceiro estágioStar 48 (PAM-D)) em 17 de fevereiro de 1996, saindo da órbita terrestre, aNEAR 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 diâmetro253 Mathilde.[5]
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Em 27 de junho de 1997, aNEAR 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]
Em 3 de julho de 1997, aNEAR 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 operiélio 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 ainclinação orbital de 0,5 para 10,2 graus e adistância afélica de 2,17 para 1,77 UA, praticamente igualando-se à de Eros. Os instrumentos permaneceram ativos nesse período.[5]
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 emmodo de segurança e passou a girar sem controle. Seuspropulsores 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 aNEAR 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]
Ainserção orbital em torno de Eros ocorreu em 14 de fevereiro de 2000, às 15h33 UTC (10h33 EST), depois que aNEAR 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, aNEAR 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. ANEAR 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]
Após o sobrevoo, aNEAR 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 daDeep 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 daNEAR 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 100K) em Eros.[12]
A sonda tem formato de um prisma octogonal, com aproximadamente 1,7 m de lado, dotada de quatropainéis solares dearseneto de gálio em um arranjo em “cata-vento”, uma antena fixa de 1,5 m debanda X com ummagnetômetro 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 debismuto 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 450newtons (N),[13] além de quatro propulsores de 21 N e sete de 3,5 N para manobras, totalizando umdelta-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 dearseneto de gálio (1,8 × 1,2 m cada), capazes de gerar 400 watts a 2,2 UA (distância máxima deNEAR 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 omomento 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 padrão1553. ANEAR 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 memóriasDRAM IBM Luna-C de 16 Mbit. Um gravador tem 1,1gigabit e o outro 0,67 gigabit.[5]
A missãoNEAR foi o primeiro voo doPrograma 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]
O conjunto científico inclui:[16]
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