Sonda Deep Space 1 odstartovala z Cape Canaveral (LC 17A) 24.10.1998 ve 12:08 UT (14:08 SELČ). Nosičem byla raketa Delta 7326, jedna z menších raket řady Delta. Tato raketa byla vybrána na základě okamžité dostupnosti a nízké ceny, ale přesto její dopravní kapacita přesahovala hmotnost sondy Deep Space 1. To umožnilo vyslat na této raketě ještě družici SEDSAT-1 (Students for the Exploration and Development of Space), kterou postavili studenti Alabamské univerzity v Huntsville ve spolupráci s Marshall Space Flight Center a Johnson Space Center. Obsahuje komerčně vyráběnou kameru doplněnou několika filtry a bude pořizovat snímky zemského povrchu (z oběžné dráhy ve výšce 800 kilometrů s rozlišením dvě stě metrů). Ty budou dostupné také prostřednictvím Internetu. Mikrosatelit poslouží i radioamatérům jako analogový i digitální retlanslátor. Podrobnější informace najdete na adrese http://www.seds.org/sedsat/.

Začátek letu byl úspěšný a sonda se po startu dostala na plánovanou meziplanetární dráhu. První pokus o zapojení revolučního iontového motoru dne 10.11.1998 byl však neúspěšný. Motor hořel jen 4,5 minuty a pak se samovolně vypnul. Také několik dalších pokusů o restart motoru ještě téhož dne bylo neúspěšných. V následujících dnech specialisté z JPL zahájili rozbor situace a hledání řešení. Správná funkce iontového motoru je zcela nezbytná pro setkání s asteroidem 1992 KD.

O den později, 11.11.1998, dokonce přešla sonda do bezpečnostního módu, když řídicí systém sondy zjistil problémy s autonomním navigačním systémem. Řídicímu středisku se však podařilo sondu oživit a v pátek 13.11.1998 přešla opět do normálního režimu.

Iontový motor byl znovu zapnut až 24.11.1998 ve 20:53 UT. Po celou noc běžel v módu nízkého tahu. Poté byl přepnut na vyšší tah a funguoval k plné spokojenosti pracovníků řídicího střediska. Na delší dobu byl vypnut až po více než dvou týdnech dne 08.12.1998. Za tu dobu naběhal více než 200 hodin kontinuálního tahu. Ověření tedy proběhlo úspěšně a motor byl připraven k dalším manévrům.

Primární mise DS1 trvala do září 1999. To byl dostatečný čas pro prověření funkce všech přístrojů za nejrůznějších podmínek. Primární mise vyvrcholila 29.07.1999 průletem kolem asteroidu 1992 KD (9969 - Braille) ve vzdálenosti kolem 15 km. Během tohoto přiblížení pořídila sonda snímky povrchu planetky (z větší vzdálenosti), provedla měření základních fyzikální vlastností jako je mineralogické složení, tvar, rozměr, jasnost a povrchové útvary a změřila také změny slunečního větru způsobené jeho interakcí s planetkou. Primární mise oficiálně skončila 18.09.1999.

Pak však byl znovu dlouhodobě zapojen iontový motor a sonda byla nasměrována ke kometě Borrelly. Během letu se sice vyskytlo několik závad, které způsobily i dočasnou ztrátu orientace sondy, všechny závady však byly překonány a 22.09.2001 sonda úspěšně proletěla kolem jádra komety 19P/Borrelly relativní rychlostí 16.5 km/s ve vzdálenosti přibližně 2200 km. Sonda průlet kómou komety přežila a v průběhu průletu byly pořízeny snímky 10 km dlouhého jádra komety s maximálním rozlišením asi 45 m. Tím byla ukončena i rozšířená mise sondy.

Následovaly ještě další zkoušky iontového motoru. Do listopadu 2001 (tedy během tří let - cca 1100 dní) odpracoval iontový motor na palubě sondy celkem 640 dní stálého tahu (přes 15000 hodin), spotřeboval přitom méně než 70 kg xenonu a sondu celkově urychlil o 4.2 km/s (4200 m/s). To odpovídá specifickému impulsu Isp kolem 26000 Ns/kg. Maximální zrychlení však bylo jen 0.23 mm/s² (0.00023 m/s²).

Popis sondy

Deep Space 1 byla první mise z programu NASA New Millenium a testovala 12 nových technologií a přístrojů. Sondu vybavila JPL a firma Spectrum Astro. Sonda DS1 poprvé použila iontový pohon jako hlavní hnací jednotku, k čemuž potřebovala vysoce účinné solární články. DS1 také poprvé odzkoušela samostatný navigační systém, který umožní navádět sondu k asteroidům a dalším vesmírným objektům bez větších zásahů ze Země.

Konkrétně se jednalo o těchto 12 technologií :

• Solar Electric Propulsion
  Iontový motor, který byl použit u DS1, měl 10x větší specifický impuls (poměr tahu k množství použitého paliva) než chemický motor. Motor používá dutou katodu k produkci elektronů. Ty se sráží s atomy Xe a ionizují je. Ionty Xe+ jsou urychlovány napětím 1280 V a emitovány 30cm tryskou. Oddělený svazek elektronů je vstřikován do proudu iontů a vytváří neutrální proud plazmatu. Při příkonu 2,3 kW bylo dosaženo tahu 92 mN. Při minimálním možném příkonu 500 W byl tah 20 mN. Specifický impuls Isp klesal z 30000 Ns/kg při maximálním tahu k 18000 Ns/kg při minimálním tahu. Celkově byl motor schopen sondu v průběhu mise urychlit až o 4,2 km/s a spotřeboval přitom méně než 70 kg xenonu (při 15000 hodinách běhu, celkovém Isp kolem 26000 Ns/kg, průměrném tahu přes 30 mN a průměrném zrychlení kolem 0.1 mm/s²).
• Solar Concentrator Arrays
  Vzledem k velkému množství elektrické energie, kterou spotřebovává iontový motor, musela mít sonda DS1 výkonné sluneční panely. Zde použitá technologie SCARLET využívá cylindrické křemíkové Fresnelovy čočky k soustředění slunečního záření na články vyrobené z GaInP2/GaAs/Ge. Dvě pole slunečních panelů jsou schopny dodat energii 2,6 kW ve vzdálenosti 1 AU od Slunce.
• Autonomous Navigation
  Tento systém umožnil sondě určit její polohu ve Sluneční soustavě stejně tak jako její další dráhu bez pomoci řídicího střediska na Zemi. Sonda pořídila fotografie asteroidu a srovnáním s hvězdami na pozadí určila svoji polohu a pomocí pohonného systému provedla potřebnou změnu dráhy. To mělo vést k ušetření času pozemní sítě Deep Space Network (DSN), která se sondami komunikovala. Bylo možno většinu času věnovat přenosu vědeckých dat a ne dat potřebných k navigaci.
• Miniature Integrated Camera Spectrometer
  MICAS je zařízení vážící pouhých 12 kg, které v sobě obsahuje 2 detektory pracující ve viditelném světle na vlnových délkách 500-1000 nm, jeden infračervený spektrometr pracující v pásu 1200-2400 nm a dosahující spektrálního rozlišení 12 nm a jeden ultrafialový spektrometr pracující mezi 80 a 185 nm se spektrálním rozlišením 2,1 nm. Detektory pracující ve viditelném světle mají matrici o rozměru 1024x1024 px, resp. 256x256 px. Všechny přístroje se dělí o dalekohled o průměru 10 cm.
• Ion and Electron Spectromete
  Další lehký multifunkční "balíček" vážící 6 kg slouží ke zjišťování 3D rozložení plazmatu. Přístroj bude měřit energetické spektrum elektronů a iontů v intervalu energií 5 eV - 35 keV s rozlišením 5% a také hmotnosti iontů v intervalu 1-135 amu. Jedním z úkolů tohoto přístoje je i studium vlivu iontového motoru na samotnou sondu.
• Small Deep Space Transponder
  Toto zařízení kombinuje mnoho oddělených funkcí jiných sond (povelový přijímač, telemetrii, radiomaják) do jedné jednotky s hmotností menší než 1/2 hmotnosti, která by byla potřeba bez použití nové technologie. Celková hmotnost této jednotky je cca 3 kg.
• Ka-Band Solid State Amplifier
  K přenesení většího množství dat či k nižší spotřebě energie při vysílání dat se inženýři snaží používat vyšší rádiové frekvence. Sonda DS1 bude pro vysílání používat tzv. pásma Ka, jehož frekvence je 4x vyšší než frekvence v současnosti používaného pásma X. Pro příjem v pásmu Ka byla upravena i jedna z antén sítě DSN.
• Beacon Monitor Operations
  Tento systém bude monitorovat stav jednotlivých zařízení na palubě sondy a sám bude rozhodovat o tom, jak urgentní je zásah pozemské kontroly. Odpadne tak odesílání velkého množství dat o stavu sondy a přístojů, ze kterých dosud pozemní kontrola zjišťovala jejich stav.
• Autonomous Remote Agent
  Jakýsi softwarový "zástupce" pozemního týmu na palubě sondy, který bude samostatně rozhodovat o jednotlivých činnostech, které bude sonda provádět. Předpokládá se, že bude schopen vyřešit samostatně řešit problémy s vyjímkou těch vyjímečných.
• Low Power Electronics
  Ke snížení spotřeby energie budou použita zařízení pracující při velmi nízkém napětím a s nízkým příkonem.
• Power Activation and Switching Module
  PASM je elektronický přepínač napájení elektroniky. Obsahuje dva redundantní bloky pro spínaní čtyř obvodů. Umožňuje napájení nejen přepínat, ale i měřit (napětí a proud) a podle potřeby proud i omezovat.
• Multifunctional Structure
  Jde o konstrukci, která v sobě kombinuje nosné prvky, elektroniku i termoregulační systém.

Ačkoliv se na této sondě zkoušely nové technologie, zbývající část byla složena z úsporných a odzkoušených přístrojů. Například počítač Deep space 1 měl stejný základ jako počítač, který byl použit u Mars Pathfinderu.

Sonda byla složena z hliníkového rámu, na kterém byly tři přístroje (Miniature Seeker Technology Integration - MSTI) vyrobené ve Spectrum Astro, což byl hlavní průmyslový partner pro Deep Space 1. Většina přístrojů byla připojena přes vnější sběrnici, takže jejich výměna během testů a integrace byla jednoduchá. Celková hmotnost sondy byla 489,5 kg včetně 28 kg hydrazinu a 81,5 kg xenonu.