КА SMART-1
SMART-1 на сайте Европейского космического агентства
SMART-1 [Small Missions for Advanced Research and Technology] (27949 / 2003 043C) - аппарат Европейского космического агентства был запущен 27 сентября 2003 года в 23:14 UTC (28 сентября в 03:14 мск) с площадки ELA3 космодрома Куру во Французской Гвиане стартовыми командами компании Arianespace осуществлен пуск ракеты-носителя Ariane-5G (V162 / L516), с помощью которой в космос выведен на орбиту с двумя другими КА.
КА SMART-1 - первый европейский аппарат, предназначенный для исследований Луны и это первый аппарат, летящий к Луне с помощью ионного ракетного двигателя (ИРД), и третий, который использует его в качестве основного. Его полная масса 375 кг, сухая масса - 250 кг. Габариты зонда 1,2 х 1,2 х 1,2 м (куб), размах солнечных батарей - 14 м. Цели полета - испытать новый тип двигательной установки и опробовать новые способы связи космических аппаратов с Землей. Впервые провести сеансы связи в оптическом диапазоне с помощью лазерной установки, расположенной на Тенерифе (Канарские острова).
SMART 1 – первая европейская экспедиция для исследования Луны. Спутник создан по заказу ESA (European Space Agency, Европейское космическое агентство) Шведской космической корпорацией при участии почти 30 субподрядчиков из 11 европейских стран и США. Общая стоимость проекта составила 110 млн. евро. При достаточно большом количестве аппаратуры, SMART 1 отличается малым весом (375 кг, в том числе научная аппаратура — 19 кг) и компактностью. Стоимость SMART 1 примерно раз в пять меньше, чем типичной межпланетной станции ESA. Установленный на SMART 1 ионный двигатель потребляет 1350 Ватт электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, и развивает тягу в 0,07 Ньютон, что примерно соответствует весу почтовой открытки. Рабочим веществом служит ксенон (запас топлива 82 кг). При этом для выхода на эллиптическую полярную орбиту вокруг Луны станции потребовалось 16 месяцев. Выведение SMART 1 на расчетную орбиту представляет собой сложный многоступенчатый процесс, состоящий из нескольких этапов.
Строго говоря, ионные двигатели уже устанавливались на космических аппаратах — в последние годы, в частности, на исследовательской станции НАСА Deep Space 1 (DS 1) и на экспериментальном геостационарном спутнике связи ESA Artemis. В последнем случае, благодаря наличию на борту ионных двигателей, удалось спасти казавшийся окончательно утраченным спутник ценой в миллионы долларов.
По своей конструкции основной двигатель SMART 1 существенно отличается от двигателей, установленных на DS 1 и на Artemis. В случае с последними двумя аппаратами, для ускорения ионов использовалась решетка с поданным на нее потенциалом (так называемый gridded ion engine). В отличие от них SMART 1 оснащен ионным двигателем Холла, который существенно отличается по своей конструкции. Важным преимуществом двигателей на эффекте Холла является отсутствие решетки, подвергающейся постоянной бомбардировке высокоэнергетичными ионами, вследствие чего происходит ее быстрая деградация. Что касается других характеристик ионных двигателей различной конструкции, то ситуация выглядит не столь очевидной. В общем, двигатели с решеткой позволяют получать больший удельный импульс и расходуют примерно в два раза меньше топлива (рабочего тела), чем двигатели Холла. Однако при этом двигатели Холла позволяют развить большую удельную тягу при одинаковом потреблении электроэнергии. Обе конструкции имеют свои достоинства и недостатки, и выбор предпочтительного варианта зависит в каждом случае от характера задач, стоящих перед аппаратом, и от его энергетических возможностей.
На борту SMART 1 находится большое количество приборов, предназначенных для исследований Луны и изучения перспективных технологий:
1. SIR – Инфракрасный спектрометр
2. Солнечные датчики
3. Стрела сенсора SPEDE (назначение - исследование свойств плазмы в окрестностях станции)
4. Камера AMIE (сверхминиатюрная, для работы в видимом и ИК-диапазоне)
5. Рентгеновский телескоп D-CIXS
6. Антенна системы связи
7. Датчики для исследования эффектов, вызванных работой ионного двигателя (EPDP)
8. Топливный бак двигателей ориентации
9. Звездный датчик
10. Двигатель для изменения ориентации солнечных батарей
11. Транспондер системы связи
12. Электроника управления ионным двигателем
13. Двигатели системы ориентации
14. Ионный двигатель с механизмом управления вектором тяги (его направление должно меняться по мере изменения положения центра масс, вызванного расходованием топлива)
EPDP и SPEDE Для широкого использования ионных двигателей в длительных космических полетах необходимо досконально изучить побочные эффекты их длительной эксплуатации, а также характер взаимодействия с естественной электромагнитной средой, окружающей станцию. К возможным проблемам относится отклонение вектора тяги ионного двигателя от первоначальной ориентации, эрозия поверхностей, короткие замыкания, интерференция с радиосигналами, а также аккумуляция пылевых частиц. Для исследования этих эффектов предназначены приборы EPDP (исследование побочных эффектов работы ионного двигателя) и SPEDE (исследование свойств плазмы в окрестностях станции).
KaTE и RSIS Основная задача прибора KaTE (микроволновая связь) — изучение перспектив связи в новом диапазоне электромагнитного излучения с длиной волны около 9 мм (Ка-диапазон).Прибор RSIS (исследование радиоволн) предназначен для изучения малых вариаций движения SMART 1, вызванных нестабильностью тяги ионного движителя, с помощью Доплеровского эффекта. Регистрироваться при этом будет радиоизлучение прибора KaTE.
Laser-Link и OBANLaser-Link (лазерная связь) предназначен для изучения перспектив использования лазеров для связи с аппаратами, находящимися в глубоком космосе. В настоящее время ESA уже применяет лазерную связь с телекоммуникационными спутниками на геостационарной орбите. Исследование возможности применения компьютерных технологий для автономной навигации космических аппаратов будет осуществляться посредством прибора OBAN (космическая навигация). Картографирование лунных минералов с помощью SIR Исследование Луны, Земли и Солнца. Сверхминиатюрная камера видимого и ИК-диапазона (AMIE) предназначена для съемки поверхности Луны. Назначение инфракрасного спектрометра (SIR) — определение минерального состава лунных пород. Для исследования химического состава лунных пород, а также новой технологии коллимации рентгеновского излучения предназначен D-CIXS рентгеновский телескоп. Независимый от D-CIXS мониторинг рентгеновского излучения Солнца, сильно варьиюрущего в зависимости от текущей солнечной активности, будет проводиться при помощи XCM. Для сбора научной информации так же будет использоваться технологическая аппаратура экспериментов SPEDE и RSIS.
15 ноября в 17:47:38.7 UTC (20:47:38.7 мск) зонд вышел на окололунную орбиту с параметрами:
наклонение - 81,07 град.;
период обращения - 129,23 час.;
минимальное расстояние от центра Луны - 6704 км;
максимальное расстояние от центра Луны - 53207 км.
Фактические параметры орбиты оказались близки к расчетным.
Затем почти 3,5 месяца зонд корректировал траекторию своего движения, а на рабочую орбиту, с которой SMART-1 начал картографическую съемку Луны, он вышел только 27 февраля 2005г.
15 января 2005г между 7:00 и 9:00 центральноевропейского времени произошла мощная солнечная вспышка и радиационное излучение достигло Луны. Как раз в тот момент на нее была направлена камера D-CIXS. Это позволило определить химические элементы из которых состоит грунт в районе впадины, называемой Море Кризисов (Mare Crisium). Было зафиксировано наличие кальция, алюминия, кремния и железа.
На Луне SMART 1 провел поиск следов наличия воды (в форме льда) в кратерах, получит данные о химическом составе поверхности нашего спутника и протекающих в нем тектонических процессах. Станция впервые провела картографирование всей поверхности Луны с помощью рентгеновского и инфракрасного спектрометров с различным разрешением. Одновременно проводилась съемка поверхности в нескольких участках видимого спектра. Ничего подобного прежде не проводилось.
3 сентября 2006 года в точно заданное время и в точно заданном районе Луны КА SMART 1 завершил свой полет, - сведенный с селеноцентрической орбиты и “ударили” им о поверхность Луны. Это произошло в 05:42:22 UTC в точке с координатами 34,4 град. ю.ш. и 46,2 град. з.д.. На месте падения SMART-1 остался кратер диаметром около 10 метров.
