بالقرب من صانع الأحذية

كان الهدف الرئيسي للمهمة دراسة الكويكب القريب من الأرض 433 إيروس من مداره لمدة عام تقريبًا. إيروس كويكب من النوع S، يبلغ حجمه حوالي 13 × 13 × 33  كيلومترًا، وهو ثاني أكبر كويكب قريب من الأرض. في البداية، كان مداره دائريًا بنصف قطر 200  كيلومتر. تم تقليص نصف قطر المدار تدريجيًا إلى  مدار 50 × 50 كيلومترًا في 30 أبريل 2000، ثم إلى 35 × 35  كيلومترًا في 14 يوليو 2000. رُفع المدار خلال الأشهر اللاحقة إلى  مدار 200 × 200 كيلومتر، ثم انخفض تدريجيًا وعُدِّل إلى  مدار رجعي بنصف قطر 35 × 35 كيلومترًا في 13 ديسمبر 2000. انتهت المهمة بهبوط المركبة في منطقة "السرج" على سطح إيروس في 12 فبراير 2001.

يزعم بعض العلماء أن الهدف النهائي للمهمة كان ربط إيروس، وهو جرم سماوي، بالنيازك التي عُثر عليها على الأرض. فمع توفر بيانات كافية عن التركيب الكيميائي، يُمكن إثبات وجود علاقة سببية بين إيروس وكويكبات أخرى من النوع S، وتلك النيازك التي يُعتقد أنها أجزاء من كويكبات من النوع S (ربما إيروس نفسه). وبمجرد إثبات هذه العلاقة، يُمكن دراسة مواد النيازك باستخدام معدات كبيرة ومعقدة ومتطورة، ويمكن تعميم النتائج على الأجرام السماوية الأخرى. إلا أن مهمة NEAR لم تُثبت أو تنفي هذه العلاقة بما يُرضي العلماء.

بين ديسمبر 1999 وفبراير 2001، استخدم جهاز NEAR مطياف أشعة جاما الخاص به للكشف عن انفجارات أشعة جاما كجزء من الشبكة بين الكواكب . ^{[ 6 ]}

بعد إطلاقها على متن صاروخ دلتا 7925-8 (وهو صاروخ دلتا 2 مزود بتسعة معززات صاروخية صلبة ومرحلة ثالثة من طراز ستار 48 (PAM-D)) في 17 فبراير 1996، وخروجها من مدار الأرض، دخلت المركبة الفضائية NEAR الجزء الأول من مرحلة رحلتها. أمضت NEAR معظم هذه المرحلة في حالة "سبات" ذات نشاط محدود، انتهت قبل أيام قليلة من مرورها بالقرب من الكويكب 253 ماثيلد الذي يبلغ قطره 61  كيلومترًا . ^{[ 7 ]}

في 27 يونيو 1997، حلّقت المركبة الفضائية NEAR بالقرب من ماتيلد على مسافة 1200  كيلومتر في تمام الساعة 12:56 بالتوقيت العالمي المنسق بسرعة 9.93  كيلومتر/ثانية، وأرسلت صورًا وبيانات أخرى من الأجهزة. أنتجت هذه الرحلة أكثر من 500 صورة، غطت 60% من سطح ماتيلد، ^{[ 8 ]} بالإضافة إلى بيانات الجاذبية التي سمحت بحساب أبعاد ماتيلد وكتلتها. ^{[ 9 ]}

في 3 يوليو 1997، نفّذت المركبة الفضائية NEAR أول مناورة رئيسية في الفضاء السحيق، وهي عبارة عن احتراق مزدوج للمحرك الرئيسي بقوة 450  نيوتن. أدى ذلك إلى خفض السرعة بمقدار 279  مترًا في الثانية، وخفض نقطة الحضيض من 0.99 وحدة فلكية إلى 0.95 وحدة فلكية. وفي 23 يناير 1998، عند الساعة 7:23 بالتوقيت العالمي، جرت مناورة التحليق بمساعدة جاذبية الأرض . بلغت أقرب مسافة 540 كيلومترًا، مما غيّر ميل المدار من 0.5 إلى 10.2 درجة، ومسافة الأوج من 2.17 إلى 1.77 وحدة فلكية، وهي مسافة تكاد تتطابق مع مسافة إيروس. وكانت الأجهزة تعمل في ذلك الوقت. ^{[ 7 ]}     

أُجريت أولى عمليات الاحتراق الأربع المُجدولة للالتقاء في 20 ديسمبر 1998، الساعة 22:00 بالتوقيت العالمي المنسق. بدأت عملية الاحتراق، لكنها أُجهضت فورًا. دخلت المركبة الفضائية بعد ذلك في وضع الأمان وبدأت بالدوران حول محورها. اشتعلت محركات الدفع آلاف المرات خلال هذا الخلل، مما أدى إلى استهلاك 29  كيلوغرامًا من الوقود، وبالتالي انخفاض هامش الوقود المتاح للبرنامج إلى الصفر. كاد هذا الخلل أن يؤدي إلى فقدان المركبة الفضائية بسبب عدم توجيهها نحو الشمس وما تبعه من استنزاف للبطارية. لم يتسنَّ الاتصال بين المركبة الفضائية ومركز التحكم بالمهمة لأكثر من 24 ساعة. لم يُحدد السبب الجذري لهذا الحادث، لكن أخطاء البرمجيات والعمليات التشغيلية ساهمت في تفاقم الخلل. ^{[ 10 ]}

كانت الخطة الأصلية للمهمة تقضي بتنفيذ أربع عمليات احتراق، تليها عملية احتراق لإدخال المركبة في المدار في 10 يناير 1999، إلا أن إلغاء عملية الاحتراق الأولى وانقطاع الاتصال حالا دون ذلك. وتم وضع خطة جديدة، حيث حلقت المركبة NEAR بالقرب من إيروس في 23 ديسمبر 1998، الساعة 18:41:23 بالتوقيت العالمي، بسرعة 965  مترًا في الثانية وعلى مسافة 3827  كيلومترًا من مركز كتلة إيروس. التقطت الكاميرا صورًا لإيروس، وجمع مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة البيانات ، وتم تتبع المركبة لاسلكيًا أثناء التحليق. وفي 3 يناير 1999، نُفذت مناورة الالتقاء، تضمنت احتراقًا للمحرك لمطابقة سرعة NEAR المدارية مع سرعة إيروس. وفي 20 يناير ، نُفذ احتراق آخر للمحرك باستخدام الهيدرازين لضبط المسار بدقة. في 12 أغسطس، أدى تشغيل المحرك لمدة دقيقتين إلى إبطاء سرعة المركبة الفضائية بالنسبة إلى إيروس إلى 300  كم/ساعة. ^{[ 7 ]}

بدأ دخول المركبة الفضائية NEAR مدارها حول إيروس في 14 فبراير 2000، الساعة 15:33  بالتوقيت العالمي (10:33  صباحًا  بتوقيت شرق الولايات المتحدة)، بعد أن أكملت مدارًا حول الشمس استمر 13 شهرًا، وكان هذا المدار مطابقًا تقريبًا لمدار إيروس. أُجريت مناورة الالتقاء في 3 فبراير الساعة 17:00 بالتوقيت العالمي، مما أدى إلى إبطاء سرعة المركبة من 19.3 إلى 8.1 متر/ثانية بالنسبة لإيروس. ثم أُجريت مناورة أخرى في 8 فبراير، زادت السرعة النسبية قليلًا إلى 9.9 متر/ثانية. أُجريت عمليات بحث عن أقمار صناعية لإيروس في 28 يناير و4 و9 فبراير، ولم يُعثر على أي منها. كانت عمليات المسح لأغراض علمية ولتقليل احتمالية الاصطدام بأي قمر صناعي. دخل المسبار NEAR مدارًا بيضاويًا حول إيروس بمدى 321 × 366 كيلومترًا في 14 فبراير. ثم خُفِّض المدار تدريجيًا إلى مدار قطبي دائري بمدى 35 كيلومترًا بحلول 14 يوليو. وبقي NEAR في هذا المدار لمدة عشرة أيام، ثم خُفِّض تدريجيًا إلى مدار دائري بمدى 100 كيلومتر بحلول 5 سبتمبر 2000. وأدت مناورات في منتصف أكتوبر إلى تحليق المسبار بالقرب من إيروس على بُعد 5.3 كيلومترات من سطحه في تمام الساعة 07:00 بالتوقيت العالمي المنسق في 26 أكتوبر. ^{[ 7 ]}      

• 
  رسم بياني يوضح مسار رحلة المركبة الفضائية NEAR
• 
  رسم متحرك لمسار NEAR Shoemaker من 19 فبراير 1996 إلى 12 فبراير 2001

  •   بالقرب من صانع الأحذية
  •   إيروس
  •   أرض
  •   ماتيلد
  •   شمس
• 
  رسم متحرك لمسار المركبة الفضائية NEAR Shoemaker حول كوكب إيروس من 1 أبريل 2000 إلى 12 فبراير 2001

  •   بالقرب من صانع الأحذية
  •   433 إيروس

بعد التحليق، انتقلت المركبة الفضائية NEAR إلى  مدار دائري على ارتفاع 200 كيلومتر، وتحول مدارها من مدار قطبي قريب إلى مدار استوائي قريب. وبحلول 13 ديسمبر/كانون الأول 2000، عاد المدار إلى  مدار دائري منخفض على ارتفاع 35 كيلومترًا. ابتداءً من 24 يناير/كانون الثاني 2001، بدأت المركبة سلسلة من التحليقات القريبة (من 5 إلى 6  كيلومترات) من سطح  الكويكب، وفي 28 يناير/كانون الثاني، مرت على بُعد يتراوح بين 2 و3 كيلومترات منه. ثم هبطت المركبة ببطء وبشكل مُتحكم به على سطح إيروس، وانتهى هبوطها جنوب هيميروس، ذي الشكل السرج، في 12 فبراير/شباط 2001، في حوالي الساعة 20:01 بالتوقيت العالمي (3:01  مساءً بتوقيت شرق الولايات المتحدة). ولدهشة المُتحكمين، كانت المركبة سليمة وجاهزة للعمل بعد الهبوط بسرعة تُقدر بـ 1.5 إلى 1.8  متر في الثانية (لتصبح بذلك أول مركبة فضائية تهبط بسلاسة على كويكب). ^{[ ١٢ ]} بعد تمديد وقت تشغيل الهوائي على شبكة الفضاء العميق ، أُعيدت برمجة مطياف أشعة غاما الخاص بالمركبة الفضائية لجمع بيانات عن تركيب إيروس من نقطة مراقبة تبعد حوالي ١٠٠ ملم عن سطحه، حيث كان أكثر حساسية بعشر مرات مما كان عليه عند استخدامه في المدار. ^{[ ١٣ ]} ويعود هذا الارتفاع في الحساسية جزئيًا إلى زيادة نسبة الإشارة من إيروس مقارنةً بالضوضاء الناتجة عن المسبار نفسه. ^{[ ٦ ]} كما انخفض تأثير الأشعة الكونية على المستشعر بنحو ٥٠٪. ^{[ ٦ ]} 

في تمام الساعة السابعة  مساءً  بتوقيت شرق الولايات المتحدة في 28 فبراير 2001، تم استقبال آخر إشارات البيانات من المركبة الفضائية NEAR Shoemaker قبل إيقاف تشغيلها. وقد باءت محاولة أخيرة للتواصل مع المركبة في 10 ديسمبر 2002 بالفشل. ويُعزى ذلك على الأرجح إلى الظروف المناخية القاسية التي تعرضت لها المركبة أثناء وجودها على متن إيروس، حيث بلغت درجة الحرارة -173 درجة مئوية (-279 درجة فهرنهايت؛ 100 كلفن). ^{[ 14 ]}   

المركبة الفضائية على شكل منشور ثماني الأضلاع، طول ضلعه حوالي 1.7 متر، مزودة بأربعة ألواح شمسية ثابتة من زرنيخيد الغاليوم مرتبة بشكل دائري، وهوائي راديو ثابت عالي الكسب يعمل بنطاق X بطول 1.5 متر، مع مقياس مغناطيسي مثبت على وحدة تغذية الهوائي، وجهاز مراقبة للأشعة السينية الشمسية في أحد طرفيها (السطح الأمامي)، بينما بقية الأجهزة مثبتة في الطرف المقابل (السطح الخلفي). وُضعت معظم الأجهزة الإلكترونية داخل الأسطح. واحتوت وحدة الدفع في الداخل. أدى قرار تركيب الأجهزة على جسم المركبة الفضائية بدلاً من استخدام أذرع تثبيت إلى ضرورة حماية مطياف أشعة غاما من الضوضاء الصادرة عن المركبة. ^{[ 6 ]} استُخدم درع من جرمانات البزموت، إلا أنه لم يكن فعالاً إلا بشكل متوسط . ^{[ 6 ]}

كانت المركبة مُثبّتة على ثلاثة محاور، وتستخدم دافعًا رئيسيًا واحدًا ثنائي الوقود ( هيدرازين / رباعي أكسيد النيتروجين ) بقوة 450 نيوتن ، ^{[ 15 ]} وأربعة دافعات هيدرازين بقوة 21  نيوتن وسبعة  دافعات هيدرازين بقوة 3.5 نيوتن للدفع، مما يُعطيها قدرة دلتا-في إجمالية تبلغ 1450  م/ث. وتم التحكم في وضعية المركبة باستخدام دافعات الهيدرازين وأربع عجلات تفاعل. وحمل نظام الدفع 209  كجم من الهيدرازين و109  كجم من مؤكسد رباعي أكسيد النيتروجين في خزانين للمؤكسد وثلاثة خزانات للوقود. ^{[ 7 ]}

تم توفير الطاقة بواسطة أربعة ألواح شمسية من زرنيخيد الغاليوم بأبعاد 1.8 × 1.2 متر ، قادرة على إنتاج 400 واط عند مسافة 2.2 وحدة فلكية (329,000,000 كيلومتر)، وهي أقصى مسافة للمركبة NEAR من الشمس، و1800 واط عند وحدة فلكية واحدة (150,000,000 كيلومتر). وتم تخزين الطاقة في بطارية قابلة لإعادة الشحن من النيكل والكادميوم فائقة الشحن، سعتها 9 أمبير/ساعة، ومكونة من 22 خلية . ^{[ 7 ]}     

تم توجيه المركبة الفضائية باستخدام مجموعة من أجهزة الاستشعار تتألف من خمسة كاشفات رقمية لوضعية الشمس، ووحدة قياس بالقصور الذاتي (IMU)، وكاميرا لتتبع النجوم موجهة في الاتجاه المعاكس لاتجاه توجيه الجهاز. احتوت وحدة القياس بالقصور الذاتي على رنانات نصف كروية، وجيروسكوبات ، ومقاييس تسارع. استُخدمت أربع عجلات رد فعل (مرتبة بحيث يمكن لأي ثلاث منها توفير تحكم كامل في المحاور الثلاثة) للتحكم العادي في الوضعية. استُخدمت المحركات النفاثة لتفريغ الزخم الزاوي من عجلات رد الفعل، بالإضافة إلى استخدامها في المناورات السريعة والدفعية. بلغت دقة التحكم في الوضعية 0.1  درجة، وبلغت دقة استقرار التوجيه في خط البصر 50  ميكروراديان خلال ثانية واحدة، وبلغت دقة معلومات الوضعية بعد المعالجة 50  ميكروراديان. ^{[ 7 ]}

تألف النظام الفرعي لمعالجة الأوامر والبيانات من معالجين احتياطيين للأوامر والقياس عن بُعد، ومسجلات الحالة الصلبة، ووحدة تبديل الطاقة، وواجهة لحافلتين احتياطيتين من نوع 1553 لنقل البيانات إلى الأنظمة الفرعية الأخرى. وكانت مركبة NEAR الفضائية أول مركبة تابعة لمختبر الفيزياء التطبيقية (APL) تستخدم أعدادًا كبيرة من الدوائر الدقيقة المغلفة بالبلاستيك (PEMs)، وأول مركبة تستخدم مسجلات بيانات الحالة الصلبة للتخزين الضخم - إذ كانت المركبات الفضائية السابقة التابعة لمختبر الفيزياء التطبيقية تستخدم مسجلات الشريط المغناطيسي أو النوى المغناطيسية. ^{[ 16 ]}

تم تصنيع مسجلات الحالة الصلبة باستخدام ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) من نوع IBM Luna-C بسعة 16 ميغابت . يحتوي أحد المسجلات على سعة تخزين تبلغ 1.1 غيغابت ، بينما يحتوي الآخر على سعة تخزين تبلغ 0.67 غيغابت. ^{[ 7 ]} 

كانت مهمة NEAR أول إطلاق لبرنامج ديسكفري التابع لناسا ، وهو سلسلة من المركبات الفضائية صغيرة الحجم مصممة للانتقال من مرحلة التطوير إلى مرحلة الإطلاق في أقل من ثلاث سنوات بتكلفة تقل عن 150 مليون دولار. وقُدّرت تكلفة بناء هذه المهمة وإطلاقها وتكاليفها خلال 30 يومًا بـ 122 مليون دولار. وبلغت التكلفة الإجمالية النهائية للمهمة 224 مليون دولار، موزعة كالتالي: 124.9 مليون دولار لتطوير المركبة الفضائية، و44.6 مليون دولار لدعم الإطلاق والتتبع، و54.6 مليون دولار لعمليات المهمة وتحليل البيانات. ^{[ 2 ]}

تتضمن الحمولة العلمية ما يلي: ^{[ 17 ]}

• وقد وفر جهاز التصوير متعدد الأطياف (MSI)، الذي صممه وبناه مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز ، صورًا مرئية لسطح الكويكب.
• يغطي مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIS) نطاقًا طيفيًا من 0.8 إلى 2.6 ميكرومتر في 62 خانة.
• يمكن لمقياس المغناطيسية ثلاثي المحاور المزود ببوابة التدفق، والذي تم توفيره من قبل مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، قياس المجال المغناطيسي للكويكب من التيار المستمر إلى 10  هرتز.
• يتكون مطياف الأشعة السينية/أشعة غاما (XGRS) من جهازين. يقيس مطياف الأشعة السينية تألق الأشعة السينية على الكويكب المُثار بواسطة أشعة سينية ناتجة عن التوهجات الشمسية. أما مطياف أشعة غاما فهو عبارة عن وميض من يوديد الصوديوم (NaI) مزود بدرع نشط من أكسيد الزركونيوم والغاليوم (BGO).
• جهاز تحديد المدى بالليزر (NLR) هو جهاز تحديد مدى بنبضة واحدة للكشف المباشر.