NEAR Shoemaker

רקע

מטרתה העיקרית של המשימה הייתה לבחון את האסטרואיד 433 Eros ממסלול סביבו במשך שנה אחת. ארוס הוא אסטרואיד עשוי אבן בגודל של כ-13 × 13 × 33 ק"מ - האסטרואיד השני בגודלו הנמצא בקרבת כדור הארץ. במקור תוכנן להקיף את האסטרואיד במסלול מעגלי בגובה 200 ק"מ. רדיוס המסלול הורד ל-50 × 50 ק"מ ב-30 באפריל 2000 ושוב הורד, ל-35 × 35 ק"מ, ב-14 ביולי 2000. בחודשים שלאחר מכן הועלה המסלול שוב ל-200 × 200 ק"מ ושוב הונמך באיטיות למסלול מתדרדר של 35 × 35 ק"מ ב-12 בדצמבר 2000. המשימה הסתיימה עם נחיתת הגשושית על פני ארוס ב-12 בפברואר 2001.
מספר מדענים טענו] כי מטרתה העיקרית של משימה זו הייתה לקשר בין האסטרואיד ארוס, לאסטרואידים שנמצאו בכדור הארץ. עם מידע מהימן הייתה אפשרות לקשר את ארוס לאסטרואידים נוספים מסוג S (אסטרואידים עשויים אבן). ברגע שיווצר הקישור ניתן יהיה לחקור את האסטרואידים שנמצאו בכדור הארץ באמצעים משוכללים ומורכבים שלא ניתן לשגרם לחלל. המידע המדעי שיתקבל מחקירת אותם אסטרואידים יתאים גם לגופים האסטרואידיים האחרים המרחפים בחלל. לשביעות רצונם] של המדענים NEAR לא הוכיחה או הפריכה את הקישור. עם זאת לא ניתן להכחיש כי המידע שסיפקה הגשושית הגדיל רבות את מקורות הידע במחקר האסטרואידים.

המסע אל Eros

אחרי שיגור NEAR על גבי משגר דלתא 7925-8 (דלתא 2 בעל 9 מגברים ושלב עליון מסוג סטאר-48) והיציאה ממסלול סביב כדור הארץ, נכנסה הגשושית לחלק הראשון בשלב השיוט שלה. הגשושית נשארה במצב "תרדמת חורף" במשך רוב שלב השיוט והופעלה ימים ספורים לפני ביצוע יעף על פני האסטרואיד 253 Mathilde.
ב-27 ביוני 1997 חלפה הגשושית על פני 253 Mathilde במרחק של 1,200 ק"מ ובמהירות של 9.93 ק"מ לשנייה. הגשושית הפיקה יותר מ-500 תצלומים של האסטרואיד שכיסו 60% מפניו, כולל מידע שאיפשר למדוד את מסת וממדי האסטרואיד.
ב-3 ביולי 1997 ביצעה הגשושית את תיקון המסלול המשמעותי הראשון שלה: היא הנמיכה את מהירותה ל-279 מטרים לשנייה והנמיכה את הפריהליון שלה ל-0.95 AU. הגשושית הסתייעה בכדור הארץ כמקלעת כבידתית ב-23 בינואר 1998 והעלתה את נטיית המסלול שלה ל-10.2°, והנמיכה את האפהליון שלה ל-1.77 AU. בכך הגיעה הגשושית למצב כמעט זהה לזה של ארוס. באותו שלב הופעלו הכלים המדעיים של הגשושית.

כישלון בניסיון הראשון לכניסה למסלול

4 בעירות מנוע שיעודן היה לגרום למפגש בין ארוס לגשושית היו אמורים להתבצע ב-20 בדצמבר 1998, 22:00 UT. תהליך הבעירה החל אך מיד הופסק, ובעקבות כך נכנסה הגשושית מיד ל-Safe Mode (מצב בטוח) והחלה להתגלגל. מנועי הגשושית הופעלו אלפי פעמים במהלך האנומליה ושרפו 29 ק"ג של דלק, כך שלגשושית כמעט ולא נשאר חומר מניע להמשך התוכנית. הגשושית כמעט אבדה מפני שהלוחות הסולאריים שלה כבר לא כוונו אל השמש, וכתוצאה מכך הסוללה כמעט והתרוקנה. הקשר עם הגשושית נותק ליותר מ-24 שעות.
לפי התוכנית המקורית, לאחר 4 הבעירות שתוכננו הייתה אמורה להתבצע בעירה נוספת ב-10 בינואר 1999, בעירה שתכניס את הגשושית למסלול סביב האסטרואיד. ביטול 4 הבעירות ואיבוד הקשר הפכו את הכניסה למסלול סביב ארוס לבלתי אפשרית. תוכנית חדשה נכנסה לפעולה כאשר NEAR חלפה על יד ארוס ב-23 בדצמבר 1998, 16:41:23 UT, במהירות של 965 מטרים לשנייה ובמרחק 3,897 ק"מ ממרכז הכובד של ארוס. במהלך היעף נאסף מידע על ידי הכלים המדעיים של הגשושית. תמרון מפגש בוצע ב-3 בינואר 1999 שכלל בעירת מנוע שהביאה את הגשושית למהירות מסלולית זהה לשל ארוס. בעירה נוספת בוצעה ב-20 בינואר על מנת לתקן מעט את המסלול. ב-12 באוגוסט בוצעה בעירה של 2 דקות שהאטה את מהירות הגשושית ביחס לארוס ל-300 קמ"ש.

כניסה למסלול

NEAR נכנסה למסלול סביב ארוס ב-14 בפברואר 2000, 15:33 UT, לאחר השלמת מסלול הליוצנטרי (סביב השמש) במשך 13 חודשים והגעה למסלול כמעט תואם לזה של ארוס. תמרון היפגשות הושלם ב-3 בפברואר 2000, 15:00 UT, שהאט את הגשושית ממהירות של 19.3 מטרים לשנייה למהירות של 8.1 מ"ש יחסית לארוס. תמרון נוסף שבוצע ב-8 בפברואר הגביר את המהירות היחיסת ל-9.9 מ"ש. חיפוש אחר עצמים טבעיים המקיפים את ארוס (לוויינים טבעיים) בוצע ב-28 בינואר וב-4 וב-9 בפברואר - אף עצמים כאלו לא נמצאו. החיפוש אחר הלוויינים הטבעיים בוצע למטרות מדעיות ולהפחתת הסיכויים להתנגשות הגשושית בעצמים כאלו אם הם קיימים. NEAR נכנסה למסלול של 321 × 366 ק"מ סביב ארוס ב-14 בפברואר. המסלול הונמך באיטיות עד להגעה למסלול קוטבי ומעגלי ברדיוס 35 ק"מ ב-14 ביולי 2000. הגשושית נשארה במסלול זה 10 ימים ואז הועלה המסלול שוב באיטיות עד להגעה למסלול מעגלי של 100 ק"מ ב-5 בספטמבר 2000. תמרונים שבוצעו באמצע אוקטובר הביאו את הגשושית לבצע יעף על ארוס במרחק של 5.3 ק"מ בלבד מפניו ב-26 באוקטובר 07:00 UT.

במסלול ונחיתה

לאחר ביצוע היעף עברה NEAR למסלול מעגלי של 200 ק"מ והחליפה את כיוון מסלולה כך שהקיפה את ארוס בניגוד לציר הסיבוב העצמי שלו. כמו כן עברה הגשושית ממסלול קוטבי למסלול מעל קו המשווה של ארוס. ב-13 בדצמבר 2000 הונמך המסלול שוב למסלול של 35 ק"מ. החל מ-24 בינואר 2001 החלה הגשושית לבצע יעפים קרובים (5-6 ק"מ) על ארוס וב-24 בינואר ביצעה יעף של 2-3 ק"מ מפניו. לאחר מכן ביצעה הגשושית הנמכה מבוקרת אל האסטרואיד שהסתיימה עם נחיתת הגשושית על ארוס מדרום ל"אוכף" של ארוס (נקרא בשם Himeros) ב-12 בפברואר 2001 בכ-20:01 UT. להפתעת צוות הגשושית, הגשושית לא ניזוקה במהלך הנחיתה והמשיכה לפעול לאחר הנחיתה שמהירותה הוערכה בכ-1.5 ל-1.8 מטרים בשנייה. בכך הפכה NEAR לעצם הראשון ידי אדם שביצע נחיתה רכה על אסטרואיד. לאחר השגת אישור להרחבת פעילות הגשושית על ידי קבלת זמן שידור ברשת חלל עמוק, ספקטרומטר קרני הגמא של הגשושית תוכנת מחדש כך שיאסוף נתונים על הרכבו של ארוס ממרחק מינימלי של כ-10 ס"מ מפני הקרקע שלו, מקום בו הספקטרומטר היה רגיש פי 10 מאשר במסלול סביב האסטרואיד.
השדר האחרון מ-NEAR התקבל ב-1 במרץ 2001, 00:00:00 UTC (ה-28 בפברואר 2001, 19:00 EST), ולאחריו כובתה הגשושית. ניסיון אחרון ליצור קשר עם הגשושית בוצע ב-10 בדצמבר 2002 - הניסיון כשל. איבוד הקשר נבע ככל הנראה בגלל הטמפרטורה הנמוכה (מינוס 173 מעלות צלזיוס) אותה חוותה הגשושית על ארוס.

מבנה הגשושית

הגשושית בנויה בצורת מתומן, כל צלע באורך 1.7 מטרים. 4 לוחות סולאריים הורכבו בשני זוגות צלעות מקבילות סמוך לבסיס המתומן ואנטנה לטווח רחוק שבקצהה מוקם מגנטומטר הורכבה על אותו בסיס. בבסיס הנגדי הורכבו שאר הכלים המדעיים שכללו: ספקטרומטר קרני X, ספקטרומטר קרני גמא, סקטרוגרף אינפרא אדום, מצלמה מולטי-ספקטריאלית עם גלאי CCD ומד טווח לייזר. מכלי הדלק, מערכות הכוח והמערכות הטכנולוגיות מוקמו בתוך הגוף המתומן.
לגשושית הייתה יכולת לנוע בשלושה צירים על ידי מנוע ראשי שהפיק 450 ניוטון, 4 מנועים בעלי דחף של 21 ניוטון כל אחד ו-7 מנועים בעלי דחף של 3.5 ניוטון כל אחד. המהירות המקסימלית אליה יכלה להגיע החללית הייתה 1,450 מטרים לשנייה (5,220 קמ"ש). החללית נשאה עימה 209 ק"ג של הידרזין בשלושה מכלי דלק ו-109 ק"ג דיניטרוגן טטרוקסייד (Dinitrogen tetroxide) בשני מכלים מחמצנים.
האנרגיה החשמלית הופקה על ידי 4 הלוחות הסולאריים שהיו בגודל 1.2 × 1.8 מטרים כל אחד שיכלו להפיק 400 ואט במרחק 2.2 יחידות אסטרונומיות מהשמש, המרחק הרב ביתר מהשמש אליו הגיעה NEAR ו-1,800 ואט במרחק יחידה אסטרונומית אחת (150,000,000 ק"מ). אנרגיה חשמלית נאגרה בסוללת ניקל-קדמיום בעלת 22 תאים וקיבולת של 9 אמפר-שעה.
הגשושית ניווטה באמצעות מידע אותו קיבלה מחבילת ניווט שכללה 5 גלאי שמש דיגיטליים, יחידה למדידת האינרציה וגלאי כוכבים שכוון לכיוון ההפוך לכיוון אליו כוונו הכלים המדעיים.
מערכת ניהול המידע כללה שני מעבדי טלמטריה, מקלטים, יחידת כוח וממשק MIL-STD-1553 לתקשורת עם מערכות אחרות בגשושית. המקלטים הורכבו מזיכרונות DRAM מסוג Luna-C של IBM של 16 Mbit. למקלט אחד היה זיכרון של 1.1 ג'יגה-בית ולאחרים היה זיכרון של 0.67 ג'יגה-בית.
העלות הסופית הכוללת של משימת NEAR הייתה 224 מיליון דולר מתוכם 124.9 מיליון הוצאו בפיתוח ובניית הגשושית, 44.6 מיליון בשיגור ובמעקב ו-54.6 מיליון בהפעלת המשימה ובעיבוד המידע שהתקבל מהגשושית.