스타더스트 (우주선)

탐사선 설계

탐사선 본체는 록히드 마틴이 우주 환경에 알맞도록 설계하였다. 길이 1.7m, 폭 0.66m이며, 벌집모양 알루미늄 구조물과 탄소 섬유로 구성하였다. 본체 보호를 위해 폴리사이아네이트와 캡톤 덮개를 탐사선의 전체에 사용했다. 기술 부분의 저비용을 위해 소형 우주선 계획(Small Spacecraft Technologies Initiative, SSTI)의 미래를 위한 개발 기술 및 과거의 여러 기술을 사용하였다. 후일 지구 복귀 후 분석될 스타더스트 표본 수집판(Stardust Sample Collection tray)과 다섯 가지의 과학 장비가 실렸다.

자세 제어 및 추진

탐사선에는 3축 안전 방식으로 4.41 N의 힘을 내는 하이드라진 단일 추진제 로켓 8개와 자세 제어용인 1N짜리 8개의 로켓이 실려있었다. 이 8개의 로켓들은 자세 제어는 물론 궤도 조정 때에도 쓰였다. 탐사선은 80 kg 무게의 단일 추진제와 같이 발사되었다. 탐사선의 위치와 자세에 대한 정보는 별추적기와 자이로스코프, 두 개의 태양 감지계를 사용해서 얻었다.

통신

탐사선은 NASA의 심우주 통신망을 사용하였다. 심우주 통신망에 접속하기 위해 0.6m의 포물선형 고이득 안테나와 중이득 안테나(MGA), 저이득 안테나(LGA)를 사용해 X 대역 신호를 보냈고, 원래 카시니-하위헌스 탐사선에 실릴 예정이었던 15와트짜리 트랜스폰더도 실렸다.

전력

탐사선은 330와트를 생산하는 태양 전지판 두 개에서 전기를 공급받았다. 이 전지판들은 빌트 2 혜성을 통과할 때 매끄러운 표면이 손상되지 않도록 하기 위해 휘플 범퍼도 가지고 있었다. 태양 전지판은 작은 우주선 기술 계획(SSTI)에서 유래했다. 태양과의 거리에 따라 일련의 전지들을 전환하는 독특한 방법을 사용했다. 또한 니켈 수소 전지 하나는 태양에서 너무 멀리 떨어져 태양 전지판이 전기를 만들 수 없을 때 사용하기 위해 실렸다.

컴퓨터

탐사선의 컴퓨터는 32비트 방사선 강화 프로세서 카드인 IBM RAD6000을 사용했다. 이 카드는 탐사선이 지구와 통신할 수 없을 때, 자료 저장 장치는 128 메가바이트를 저장할 수 있었다. 이는 전체 탐사선 소프트웨어 중 20%를 차지하는 용량이다. 시스템 소프트웨어의 형태는 Wind River Systems에서 개발한 임베디드 운영 체제 형식인 VxWorks였다.

스타더스트 마이크로칩

스타더스트는 한 변이 10.6cm인 정사각형 모양을 가진 실리콘 웨이퍼 두 세트와 같이 발사되었다. 각 쌍에는 1997년 말부터 1998년 중반까지 인터넷 양식을 작성해 인터넷 봉사 활동에 참여한 사람들의 이름이 빽빽하게 적혀 있었다. 마이크로칩 한 개는 본체에, 다른 한 개는 표본 회수 캡슐에 부착되었다.

템펠 1을 향하는 새로운 탐사 계획 (NExT)

2006년 3월 19일, 과학자들은 템펠 1 혜성에 탐사선을 다시 보내는 계획을 검토하고 있다고 밝혔다. 이 혜성은 2005년 혜성과 충돌하는 계획의 탐사선 딥 임팩트가 향했던 곳이다. 이 임무는 당시 충돌에 의해 발생한 먼지 때문에 촬영에 실패했던 충돌 지역의 사진을 확보하기 위한 중요한 임무였다.
2007년 7월 1일, 임무 확장이 허가되고 확장 임무는 "템펠 1을 향하는 새로운 탐사 계획"(New Exploration of Tempel 1, NExT)이라고 이름 붙여졌다. 이 탐사는 혜성이 태양에 가까이 다가가서 생기는 변화를 관찰할 수 있는 기회였다. 또한, 그 당시까지 가장 지도 작성이 잘 되어 있던 템펠 1의 지도 작성을 계속 진행한다. 이 지도 작성은 혜성의 지질학적 의문점을 해결하는 데 도움을 줄 수 있었다. 이 근접 통과로 인해 탐사선의 모든 연료를 다 쓸 것으로 예상되었고, 그 후에는 탐사선의 자세를 조작할 수 없어 통신이 끊어지리라 예상되었다.

확장된 임무의 종료

2011년 3월 24일, 스타더스트는 남아 있는 연료를 없애기 위해 엔진을 분사했다. 탐사선에는 약간의 연료가 남아 있었고, 과학자들은 탐사선의 연료량을 정확하게 알 수 있는 시스템 개발에 도움이 되는 정보를 얻기를 원했다. 정보를 모두 얻은 후, 안테나를 조종할 수 없었기에 통신기의 전원을 꺼야 했다. 탐사선은 3억 1200만 킬로미터 멀리 우주 공간에서 마지막 확인 신호를 보냈다.

표본 회수

2006년 1월 16일 협정 세계시 05시 57분, 표본 회수 캡슐이 스타더스트 본체와 성공적으로 분리되고 09시 57분에 지구 대기권에 진입했다. 재진입 속도는 12.9 km/s로, 인간에 의해 만들어진 물체 중 가장 빠른 재진입 속도를 기록했다. 캡슐은 110초 동안 마하 36의 아음속 속도로 진입하는 급격한 재진입 절차를 따랐다. 최대 가속도는 34g까지 올라갔고, 재진입 중 40초 동안 위쪽으로 55 km 정도 떨어진 스프링크리크 위를 통과했다. 밀도 탄소 패널 열 차폐막은 이 급격한 재진입 중 2,900 °C까지 온도가 올라갔다. 캡슐은 최종적으로 유타 실험 및 교육 지역(북위 40° 21.9′  서경 113° 31.25′ )에 협정 세계시 10시 10분에 착륙했고, 이 곳은 미국 육군 소속인 생화학 병기 실험소(Dugway Proving Ground)에서 가까운 곳이었다. 캡슐은 유타에서 휴스턴에 있는 엘링턴 공군 기지로 보내진 다음, 분석을 시작하기 위해 휴스턴에 있는 존슨 우주 센터의 행성 물질 큐레이터 시설로 옮겼다. NASA 관계자는 보안 위협 같은 것이 없더라도 자료를 "신중히" 비밀스럽게 전송하라고 지시했다고 주장했다.

표본 처리

표본 용기는 일반 병원 청정실의 100배 정도로 깨끗한 곳에서 분석되었는데, 이로 인해 혜성 먼지와 항성간 먼지가 오염되지 않았다. 약 100만 개의 미시 먼지들이 에어로젤 수집기에 들어 있다고 생각되었으며, 먼지들은 크기가 적어도 100 마이크로미터(0.1 mm)였고, 가장 큰 것은 1000 마이크로미터(1 mm)였다. 약 45개의 성간 먼지 충돌 흔적도 수집기의 뒷면에서 발견되었다. 먼지 입자는 분산 컴퓨팅 프로젝트인 Stardust@Home을 통해 자원 봉사 형식으로 분석되고 있다.
2006년 12월, 일곱 장의 논문이 사이언스 저널에 실림으로써 표본 분석 초기 상황에 대해 논의되었다. 조사 결과는 생물학적으로 이용 가능한 질소를 포함해서 2종류의 유기 화합물이 광범위하게 발견되었다. 확산된 성간 매질보다 더 긴 사슬을 가지고 있는 고유의 지방족 탄화수소가 있었다. 예컨대 비정질 규산염은 감람석이나 휘석을 결정화시킨다. 이전에 분광학을 이용해 추론되었던 태양계 물질과 성간 물질의 혼합의 일관성을 증명했다. 수화 규산염이나 탄산염 같은 광물은 없는 것으로 밝혀졌고, 이는 혜성 먼지가 물이 없는 상태였음을 나타냈다. 제한된 양의 순수한 탄소 또한 표본에서 발견되었다. 메틸아민과 에틸아민도 에어로젤에서 발견되었지만, 특정 입자와는 관계가 없었다.
2010년 앤드류 웨스트팔 박사는 Stardust@Home의 자원 봉사자인 브루스 허드슨이 에어로젤에 먼지가 파고들면서 나오는 궤적(찍힌 사진의 번호는 "I1043,1,30"이었다)중에서 성간 먼지 입자가 들어있을 수도 있다는 점을 발표했다. 사실, 모든 자원 봉사자의 발견이 인식되어서 자동으로 이름이 부여되는 프로그램이 있었다. 그래서 허드슨은 자신의 발견을 "오리온"(Orion)이라고 이름을 붙였다.
2011년 4월, 애리조나 대학교의 과학자들은 빌트 2 혜성에 액체의 물이 존재한다는 증거를 발견했다. 철과 황화 구리가 발견되었으며, 이 광물들은 물이 존재할 때 생겨난다. 이 발견은 혜성이 결코 자신에게 있는 얼음을 녹일 정도로 따뜻하지 않다는 기존의 이론을 무너트렸다. 2014년 봄, 스타더스트에서 성간 먼지 입자가 회수되었다고 발표되었다.