スターダスト(フランス語で「星屑」) は、ワイルド 2 彗星に遭遇して研究することを主な目的とする宇宙探査機です。 1999 年 2 月 7 日にNASAによって打ち上げられ、太陽系約 40 億キロメートルの旅を終え、2006 年 1 月 15 日に地球近くに帰還カプセルを放出しました。これは、宇宙船を回収して地球に持ち帰る最初の宇宙ミッションです。星間塵と彗星塵の地球サンプル。
目標
スターダスト探査ミッションの目的は複数あります。
プローブのプレゼンテーション
プローブは長さ 1.7 m、幅、奥行き 66 cm の長方形の箱の形をしています。スターダストの総重量は 385 kg (プローブが 254 kg、帰還モジュールが 46 kg、最後に燃料が 85 kg) です。
SRC (サンプルリターンカプセル) リターンモジュールは前面に配置されており、高さ 50 cm、直径80 cm の円錐形です。粒子コレクターを開いて展開し、エアロゲルのブロック内の彗星および星間塵のサンプルを捕捉します。探査機のもう一方の端にはメイン シールドがあり、探査機の敏感な部分を彗星の塵から保護します。表面積6.6㎡のソーラーパネル2枚が両側に配置され、太陽からの距離に応じて170～800Wのほぼすべての電気エネルギーを供給します。
オンボードコンピュータは、 RAD6000 32 ビットプロセッサ上でWind River によって開発されたVxWorksオンボード オペレーティング システムを使用します。プログラムや科学データの保存容量は128MBです。
打ち上げを除くミッションの総費用は1億6,540万ドルに達する。
歴史
スターダストは、1999 年 2 月 7 日にデルタ 2ロケットの改良型に乗ってフロリダ州のケープカナベラル基地から打ち上げられました。探査機はワイルド 2 彗星に遭遇して研究し、彗星の尾から塵のサンプルを収集する必要があります。星間塵の他のサンプルも旅行中に捕捉される予定です。
2000 年 3 月から 5 月にかけて、スターダストは最初の星間塵の収集を実施しました。そして2002年7月から12月にかけて第2回目のコレクションを実施します。
2002 年 11 月 2 日、スターダストは小惑星 (5535) アンネフランクの 3,300 キロメートル以内を通過し、多数の写真を撮影することができました。
2004 年 1 月 2 日、探査機はダストのサンプルを採取するためにワイルド 2 彗星の尾に設置されました。
探査機は帰還モジュールを放出し、2006 年 1 月 15 日 10:10 GMT にユタ州の砂漠に着陸しました。着陸座標は北緯40度21.9分、西経113度31.25分で、NASAのヘリコプターによって回収された。スターダストは、ジェネシス探査機に次いで月より遠い場所からサンプルを持ち帰った2番目の探査機であり、彗星から粒子を持ち帰った最初の探査機です。
また、人類が設計した物体としては最速の大気圏突入（高度 125 km で時速46,440 キロメートル）を達成しました。
1999 年 2 月の打ち上げ以来、この探査機は太陽系を約 45 億 km 移動し、太陽の周りを3 周しました。
科学機器
パーティクルコレクター
スターダスト粒子コレクター (エアロゲル サンプル コレクター) は、2006 年 1 月 15 日に地球近くの宇宙船によって投下されたミッションの帰還カプセルである SRC (サンプル リターン カプセル) に取り付けられました。さまざまなダストは、非常に低密度のエアロゲルに収集されます。発泡状の素材。このシステムは、エアロゲルが取り付けられた表面積約 1 平方メートルの大きなテニス ラケットのように見えます。片面は星間粒子の収集に使用され、もう片面は彗星粒子の収集に使用されます。
スターダストがワイルド 2 彗星の尾に遭遇したとき、彗星粒子の衝突速度は毎秒約 6,100 メートルでした。比較のために、これはライフルの弾丸の 6 倍以上の速度に相当します。塵は砂粒のサイズを超えませんでしたが、衝突時の高速度によってその形状や化学組成が変化したり、完全に蒸発した可能性さえあります。
そこで、粒子を損傷することなく収集するために、エアロゲルの物理的特性が利用されました。エアロゲルは多孔質構造をしており、99.8% が空気で構成されています。高速粒子がエアロゲルに接触すると、粒子自体の長さの 200 倍を超える円錐形の穴が開けられ、停止するまで数センチメートルほど速度が大幅に低下します。ワイルド2彗星の尾にある塵を集める「収集ラケット」と、星間塵を集める「収集ラケット」の両面が使われており、向きによってそれぞれの粒子の種類を識別することが可能です。彼らが残したコーン。
Wild 2 から収集された粒子の数が数千個と推定される場合、星間粒子の数はそれよりはるかに少なく、約40 個です。エアロゲル構造内でこの種の粒子を探すには、強力な顕微鏡を通して約 150万枚の写真を撮影する必要があり、それぞれの写真は収集ラケットの非常に小さな部分をカバーしています。写真を分析する作業は科学者チームには不釣り合いだったので、NASA はインターネット ユーザーのコミュニティに呼びかけ、Stardust@home (Seti@home を参照) と呼ばれるプロジェクトを立ち上げました。予備テストの後、30,000 人の候補者が選ばれ、貴重な塵粒子を探すために、仮想顕微鏡を使用して送信された画像を分析する必要があります。この種の粒子を検出できるようにするには、パターン認識ソフトウェアがこれらの粒子が環境中に残す痕跡の例を必要とするため、コンピューターの計算能力を使用してこのタスクを実行することはまだ不可能です。
ナビゲーションカメラ
ナビゲーション カメラ (ナビゲーション カメラまたはNavCam ) は、特にワイルド 2 のコアのフライバイ段階で探査機を制御するために使用される光学システムです。また、彗星の高解像度写真の撮影も可能にしました。
NavCam光学システムの焦点距離は 200 mm、絞りは f/3.5 で、380 ナノメートルから 1,000 ナノメートルの範囲のスペクトルで動作します。その解像度は、3.5 x 3.5 grad の視野で 60 マイクロ放射/ピクセルに達します。カメラを外部環境（ほこり、温度など）から保護するために、カメラはプローブの本体内に配置されました。潜望鏡システムを採用しています。最初のミラーは、粒子から保護するシールドの後ろに配置され、彗星の画像を送り返します。電動回転機構に取り付けられた 2 番目のミラーが空をスキャンし、船の向きに関係なくカメラにパノラマ画像を撮影できるようにします。この 2 つのミラー システムにより、ミラーの 1 つが損傷した場合でも探査機は任務を継続できます。また、探査機が自身の位置を特定し、同時に写真を撮影することも可能になります。
このサブシステムは、ワイルド 2 の接近段階と出発段階でスターダストの軌道を視覚的に制御するために使用されました。これにより、彗星塵を適切に収集するために、宇宙船が彗星上空を飛行するのに適した距離に到達できるようになりました。探査機によって収集されたデータの中には、ワイルド 2 のコアの高解像度カラー写真も含まれています。これらの画像は、科学者によってコアの 3D マップをモデル化するために使用され、その起源や形態をよりよく理解し、位置を特定する目的で使用されました。コアの鉱物の不均一性を調べ、コアの回転に関する情報を提供します。また、このカメラはさまざまなフィルターを通して写真を撮影し、彗星の尾部にあるガスや塵のダイナミクスに関する追加情報を収集することができました。
ミッションの開始時に、揮発性物質が光学システムに堆積し、写真を「汚す」ことで光学システムの性能が変化しました。この問題はミッションの主な目的には影響しませんでしたが、ワイルド 2 の画像の数と品質が低下した可能性があります。カメラの温度を維持および調整するために使用される電気ヒーターがオンになり、堆積物のほとんどが除去されました。 。同様の問題がカッシーニ・ホイヘンスのミッション中に発生しましたが、同じ方法で解決されました。
彗星・星間塵分析装置
彗星・星間塵分析装置 (CIDA) は、スターダストに到達する塵の組成分析を行う飛行時間型質量分析計です。特に、イオンが特定の距離を移動するのにかかる時間を測定し、その速度を決定することができます。
CIDA 装置は、マックス プランク地球外物理学研究所のヨッヘン キッセル率いるドイツのチームによって製造されました。