СМАРТ-1

СМАРТ-1

Художественное представление SMART-1
Тип миссии	Технология Лунный орбитальный аппарат
Оператор	ЕКА
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПАР	2003-043С
Номер SATCAT	27949
Веб-сайт	СМАРТ-1
Продолжительность миссии	2 года, 11 месяцев, 6 дней, 6 часов, 27 минут, 36 секунд
Свойства космического корабля
Производитель	Шведская космическая корпорация
Стартовая масса	367 килограммов (809 фунтов) [1]
Сухая масса	287 кг (633 фунта)
Начало миссии
Дата запуска	27 сентября 2003 г., 23:14:46  UTC [1] ( 2003-09-27UTC23:14:46Z )
Ракета	Ариан 5G
Стартовая площадка	Куру ELA-3
Подрядчик	Арианспейс
Конец миссии
Дата распада	3 сентября 2006 г., 05:42:22  UTC ( 2006-09-03UTC05:42:23Z )
Параметры орбиты
Система отсчета	Селеноцентрический
Эксцентриситет	0,352054
Периселенская высота	2205 километров (1370 миль)
высота Апоселена	4600 километров (2900 миль)
Наклон	90,26 градуса
Период	4,95 часа
Эпоха	18 июля 2005 г., 11:14:28 UTC
Лунный орбитальный аппарат
Орбитальная вставка	15 ноября 2004 г.
Место удара	34°15′43″ ю.ш. 46°11′35″ з.д. / 34,262° ю.ш. 46,193° з.д. / -34,262; -46,193 [2]
Инструменты АМИ Расширенный эксперимент по получению микроизображений с Луны D-CIXS Демонстрация компактного рентгеновского спектрометра ЭПДП Пакет диагностики электропривода КЕЙТ Эксперимент TT&C в диапазоне Ka СЭР Инфракрасный спектрометр Smart-1 СПЭДЕ Потенциал космического корабля, эксперимент с электронами и пылью XSM Рентгеновский солнечный монитор
Устаревшие знаки отличия ЕКА для миссии SMART-1

SMART-1 — разработанный Швецией спутник Европейского космического агентства , который вращался вокруг Луны . Он был запущен 27 сентября 2003 года в 23:14 UTC из Гвианского космического центра в Куру , Французская Гвиана . «SMART-1» означает Small Missions for Advanced Research in Technology-1 (малые миссии для передовых исследований в области технологий-1 ). 3 сентября 2006 года (05:42 UTC) SMART-1 был намеренно разбит о поверхность Луны, завершив свою миссию. ^[3]

SMART-1 был около одного метра в поперечнике (3,3 фута) и легким по сравнению с другими зондами. Его стартовая масса составляла 367 кг или 809 фунтов, из которых 287 кг (633 фунта) не были топливом.

Он приводился в движение двигателем Холла на солнечной энергии (Snecma PPS-1350 -G), использующим 82 кг ксенонового газа, содержащегося в 50- литровом баке под давлением 150 бар при запуске. Ионный двигатель использовал электростатическое поле для ионизации ксенона и ускорения ионов , достигая удельного импульса 16,1 кН·с/кг (1640 секунд), что более чем в три раза превышает максимальный показатель для химических ракет. Один кг топлива (от 1/350 до 1/300 от общей массы космического корабля) создавал дельта -v около 45 м/с. Подсистема электродвижения весила 29 кг с пиковой потребляемой мощностью 1200 Вт. SMART-1 был первым в программе малых миссий ЕКА для передовых исследований и технологий.

Солнечные батареи, рассчитанные на 1850 Вт в начале миссии, смогли обеспечить максимальный набор в 1190 Вт для двигателя, что дало номинальную тягу 68 мН, следовательно, ускорение 0,2 мм/с2 ^или 0,7 м/с в час (т.е. чуть менее 0,00002 g ускорения). Как и у всех кораблей с ионными двигателями, орбитальные маневры выполнялись не короткими очередями, а очень постепенно. Конкретная траектория, выбранная SMART-1 к Луне, требовала тяги примерно от одной трети до половины каждой орбиты. При спиральном удалении от Земли тяга производилась на перигейной части орбиты. В конце миссии двигатель продемонстрировал следующие возможности:

• Время работы двигателя: 5000 ч.
• Расход ксенона: 82 кг
• Общий импульс: 1,2 МН-с
• Общая ΔV: 3,9 км/с

В рамках стратегии Европейского космического агентства по созданию очень недорогих и относительно небольших космических кораблей общая стоимость SMART-1 составила относительно небольшую сумму — 110 миллионов евро (около 170 миллионов долларов США ). SMART-1 был спроектирован и разработан Шведской космической корпорацией по поручению ЕКА . Сборка космического корабля была осуществлена ​​Saab Space в Линчёпинге . Испытания космического корабля были направлены Шведской космической корпорацией и выполнены Saab Space. Руководителем проекта в ЕКА был Джузеппе Ракка, пока космический корабль не достиг рабочей орбиты Луны. Затем его сменил Герхард Швем на этапе науки. Руководителем проекта в Шведской космической корпорации был Петер Ратсман. Главным научным сотрудником проекта был Бернард Фоинг . Руководителем наземного сегмента на этапе подготовки был Майк Маккей, а менеджером по эксплуатации космического корабля был Октавио Камино.

Advanced Moon micro-Imager Experiment представляла собой миниатюрную цветную камеру для получения изображений Луны. ПЗС-камера с тремя фильтрами 750, 900 и 950 нм могла делать снимки со средним разрешением пикселей 80 м (около 260 футов). Камера весила 2,1 кг (около 4,5 фунтов) и потребляла 9 Вт. ^[4]

Демонстрация компактного рентгеновского спектрометра представляла собой рентгеновский телескоп для идентификации химических элементов на поверхности Луны. Он обнаруживал рентгеновскую флуоресценцию (XRF) кристаллических соединений, созданных путем взаимодействия электронной оболочки с частицами солнечного ветра, для измерения содержания трех основных компонентов: магния , кремния и алюминия . Обнаружение железа , кальция и титана зависело от солнечной активности. Диапазон обнаружения рентгеновских лучей составлял от 0,5 до 10 кэВ. Спектрометр и XSM (описанные ниже) вместе весили 5,2 кг и имели потребляемую мощность 18 Вт.

Рентгеновский солнечный монитор изучал солнечную изменчивость, чтобы дополнить измерения D-CIXS.

Инфракрасный спектрометр Smart-1 был инфракрасным спектрометром для идентификации минеральных спектров оливина и пироксена . Он обнаруживал длины волн от 0,93 до 2,4 мкм с 256 каналами. Вес пакета составлял 2,3 кг, а потребляемая мощность составляла 4,1 Вт. ^[5]

Пакет диагностики электропривода должен был получить данные о новой двигательной системе на SMART-1. Пакет весил 0,8 кг и имел потребляемую мощность 1,8 Вт. ^[6]

Эксперимент по исследованию потенциала космического корабля, электронов и пыли. Эксперимент весил 0,8 кг и имел потребляемую мощность 1,8 Вт. Его функция заключалась в измерении свойств и плотности плазмы вокруг космического корабля, либо как зонд Ленгмюра, либо как зонд электрического поля. SPEDE наблюдал за излучением ионного двигателя космического корабля и «следом», который Луна оставляет солнечному ветру . В отличие от большинства других инструментов, которые приходится отключать, чтобы предотвратить повреждение, SPEDE мог продолжать измерения внутри радиационных поясов и во время солнечных бурь, таких как солнечные бури Хэллоуина 2003 года . ^{[7] [8]} Он был построен Финским метеорологическим институтом , и его название было намеренно выбрано таким образом, чтобы его аббревиатура совпадала с прозвищем Спеде Пасанена , известного финского киноактера, кинопродюсера и изобретателя. Алгоритмы, разработанные для SPEDE, позже использовались в посадочном модуле ЕКА Philae . ^[8]

_{Эксперимент TT&C (телеметрия, отслеживание и управление) диапазона} K. Эксперимент весил 6,2 кг и потреблял 26 Вт. Транспондер диапазона Ka был разработан в качестве предшественника BepiColombo для проведения радионаучных исследований и мониторинга динамических характеристик электрической двигательной системы.

SMART-1 был запущен 27 сентября 2003 года вместе с Insat 3E и eBird 1 с помощью ракеты Ariane 5 из Гвианского космического центра во Французской Гвиане . Через 42 минуты он был выведен на геостационарную переходную орбиту 7035 × 42 223 км. Оттуда он использовал свой первичный солнечно-электрический двигатель (SEPP) для постепенного спирального движения в течение тринадцати месяцев.

Орбиту можно увидеть до 26 октября 2004 года на spaceref.com, когда орбита составляла 179 718 × 305 214 км. В этот день, после 289-го импульса двигателя, SEPP накопил общее время работы около 3 648 часов из общего времени полета в 8 000 часов, следовательно, чуть меньше половины всей миссии. Он потребил около 58,8 кг ксенона и выдал дельта-v 2 737 м/с (46,5 м/с на кг ксенона, 0,75 м/с в час времени работы). Он был снова включен 15 ноября для запланированного сжигания в течение 4,5 дней, чтобы полностью выйти на лунную орбиту. Потребовалось время до февраля 2005 года, чтобы с помощью электрического двигателя замедлиться до конечной орбиты в 300–3 000 км над поверхностью Луны. ^[9] Окончательная эффективность миссии, продемонстрированная двигательной системой, указана выше.

После своего последнего перигея 2 ноября ^[10] 11 ноября 2004 года он прошел через точку Лагранжа L ₁ Земля-Луна и вошел в область, находящуюся под влиянием гравитации Луны , а в 17:48 UT 15 ноября прошел первую периселену своей лунной орбиты. Оскулирующая орбита в тот день составляла 6704 × 53 208 км ^[11] с орбитальным периодом 129 часов, хотя фактическая орбита была пройдена всего за 89 часов. Это иллюстрирует значительное влияние работы двигателей на орбиту и отмечает значение оскулирующей орбиты, которая представляет собой орбиту, по которой двигался бы космический корабль, если бы в этот момент все возмущения, включая тягу, прекратились.

15 февраля 2005 года ЕКА объявило о продлении миссии SMART-1 на один год до августа 2006 года. Позднее эта дата была перенесена на 3 сентября 2006 года, чтобы обеспечить возможность дальнейших научных наблюдений с Земли. ^[12]

SMART-1 врезался в поверхность Луны, как и планировалось, 3 сентября 2006 года в 05:42:22 UTC , завершив свою миссию. Двигаясь со скоростью около 2000 м/с (4500 миль/ч), SMART-1 создал столкновение, видимое в наземные телескопы с Земли. Есть надежда, что это не только предоставит некоторые данные, имитирующие столкновение метеорита , но и может подвергнуть материалы в земле, такие как водяной лед, спектроскопическому анализу .

Первоначально ЕКА подсчитало, что столкновение произошло в точке с координатами 34°24′ю.ш. 46°12′з.д. / 34,4°ю.ш. 46,2°з.д. / -34,4; -46,2 . ^[13] В 2017 году место столкновения было определено по данным Lunar Reconnaissance Orbiter в точке с координатами 34°15′43″ю.ш. 46°11′35″з.д. / 34,262°ю.ш. 46,193°з.д. / -34,262; -46,193 . ^[2] Во время столкновения Луна была видна в Северной и Южной Америке, а также в некоторых местах Тихого океана, но не в Европе, Африке или Западной Азии.

В ходе этого проекта были получены данные и ноу-хау, которые будут использованы в других миссиях, таких как миссия BepiColombo Европейского космического агентства к Меркурию .

• 27 сентября 2003 года: SMART-1 запущен с Европейского космодрома в Куру с помощью ракеты-носителя Ariane 5 .
• 17 июня 2004 г.: SMART-1 сделал тестовый снимок Земли камерой, которая позже будет использоваться для снимков Луны крупным планом. На нем показаны части Европы и Африки. Снимок был сделан 21 мая камерой AMIE.
• 2 ноября 2004 года: последний перигей околоземной орбиты.
• 15 ноября 2004 г.: Первая периселенная точка лунной орбиты.
• 15 января 2005 г.: в Море Кризисов обнаружен кальций .
• 26 января 2005 г.: Получены первые снимки лунной поверхности крупным планом.
• 27 февраля 2005 г.: Достигнута конечная орбита вокруг Луны с периодом обращения около пяти часов.
• 15 апреля 2005 г.: Начинается поиск PEL .
• 3 сентября 2006 г.: Миссия завершается запланированным падением на Луну во время орбиты номер 2890. ^[14]

Операции Smart-1 проводились из Европейского центра космических операций ЕКА (ESOC) в Дармштадте (Германия) под руководством менеджера по операциям с космическими аппаратами Октавио Камино.

Наземный сегмент Smart-1 был хорошим примером повторного использования инфраструктуры в ESA: инфраструктура Flight Dynamics и система распределения данных (DDS) от Rosetta, Mars Express и Venus Express. Универсальное программное обеспечение системы управления полетами SCOS 2000 и набор универсальных элементов интерфейса используются в ESA для операций своих миссий.

Использование стандартов CCSDS TLM и TC позволило экономически эффективно адаптировать семь различных терминалов сети слежения ESA (ESTRACK) и Вайльхайм в Германии (DLR).

Компоненты, которые были разработаны специально для Smart-1, были: симулятор; сочетание аппаратного и программного обеспечения, полученного из оборудования EGSE электрического наземного оборудования поддержки, системы планирования миссии и системы автоматизации, разработанной из MOIS Архивировано 3 августа 2019 года в Wayback Machine (последняя основана на прототипе, реализованном для Envisat) и набор инженерных инструментов под названием MUST. Последнее позволило инженерам Smart-1 проводить расследование аномалий через Интернет, став пионером в мониторинге TLM космического корабля ESA с помощью мобильных телефонов и КПК и получая сигналы тревоги космического корабля через SMS . ^[15] Группа управления полетом состояла из семи инженеров в группе управления полетом FCT, переменной группы из 2–5 инженеров по динамике полета и 1–2 инженеров по системам данных. В отличие от большинства миссий ESA, не было контроллеров космических аппаратов (SPACONs), и все операции и мероприятия по планированию миссии выполнялись FCT. Эта концепция возникла из сверхурочных и ночных смен в течение первых месяцев миссии, но хорошо работала во время круиза и фаз Луны. Главной задачей в течение первых трех месяцев миссии было как можно скорее покинуть радиационные пояса, чтобы свести к минимуму деградацию солнечных батарей и ПЗС-матриц звездного датчика.

Первая и самая критическая проблема возникла после первой революции, когда сбой в бортовом алгоритме обнаружения и исправления ошибок (EDAC) вызвал автономное переключение на резервный компьютер на каждой орбите, что привело к нескольким перезагрузкам, обнаруживая космический корабль в режиме SAFE после каждого прохождения перицентра. Анализ телеметрии космического корабля напрямую указал на вызванную радиацией проблему с процедурой прерывания EDAC. ^[16]

Другие аномалии в этот период представляли собой сочетание экологических проблем: высокие дозы радиации, особенно в звездных трекерах, и аномалии бортового программного обеспечения: кодировка Рида-Соломона была повреждена после переключения скоростей передачи данных и ее пришлось отключить. Это было преодолено процедурами и изменениями в подходе к наземным операциям. Звездные трекеры также часто сбоили во время выхода из Земли и вызывали некоторые перебои в работе электродвижения (ЭД). ^[17] Все они были устранены с помощью нескольких программных исправлений.

EP показал чувствительность к отключениям, вызванным излучением. Это явление, идентифицированное как переходный процесс одиночного события оптопары (OSET), первоначально наблюдавшееся в LEOP во время первого запуска с использованием катода B, характеризовалось быстрым падением тока анода, вызывающим срабатывание бита тревоги «Flame Out», вызывающего отключение EP. Было установлено, что проблема заключается в чувствительности оптопары, вызванной излучением. Восстановление таких событий заключалось в перезапуске двигателя. Это делалось вручную в течение нескольких месяцев, пока не был разработан патч бортового программного обеспечения (OBSW) для его обнаружения и инициирования автономного перезапуска двигателя. Его влияние было ограничено расчетом прогнозирования орбиты, используемым наземными станциями для отслеживания космического корабля и последующих коррекций орбиты.

Различные виды аномалий и частые перерывы в тяге электродвижения привели к увеличению поддержки наземных станций и сверхурочной работы команды по управлению полетом, которая должна была быстро реагировать. Их восстановление иногда занимало много времени, особенно когда космический корабль находился в режиме SAFE. ^[18] В целом, они препятствовали проведению операций, как изначально планировалось, с одним 8-часовым проходом каждые 4 дня.

Миссия договорилась об использовании резервной емкости сети ESTRACK. Эта концепция позволила увеличить покрытие сети примерно в восемь раз без дополнительных затрат, но породила непредвиденные накладные расходы и конфликты. В конечном итоге это позволило установить дополнительные контакты с космическим аппаратом на ранней стадии миссии и значительно увеличить объем научных исследований во время фазы Луны. Эта фаза потребовала серьезной перенастройки бортовых хранилищ и их работы. Это изменение, разработанное группой управления полетом в ESOC и внедренное Шведской космической корпорацией в короткие сроки, потребовало переписать часть процедур управления полетом FOP для операций на Луне.

Операции во время фазы Луны становятся высокоавтоматизированными: наведение динамики полета осуществлялось «из меню», что позволило более чем 98% команд генерировать Системе планирования миссии MPS. Расширение системы MPS с так называемым MOIS Executor ^[16] стало системой автоматизации Smart-1. Она позволила выполнить 70% проходов без участия человека к концу миссии и позволила провести валидацию первой действующей «системы автоматизации космического корабля» в ЕКА. ^[19]

Миссия достигла всех своих целей: выход из-под влияния радиационных поясов через 3 месяца после запуска, выход по спирали в течение 11 месяцев и захват Луной с помощью резонансов, ввод в эксплуатацию и эксплуатация всех приборов во время фазы полета и оптимизация навигационных и эксплуатационных процедур, необходимых для работы электродвижущей силы. ^[20] Эффективная работа электродвижущей силы на Луне позволила сократить радиус орбиты, что принесло пользу научным операциям и продлило эту миссию еще на один год.

Подробная хронология событий операции представлена ​​в ^{[16] .}

• Запуск и ранняя фаза выведения на орбиту: запуск 27 сентября 2003 года, начальная орбита 7029 x 42263 км.
• Выход из пояса Ван Аллена: стратегия непрерывной тяги для увеличения радиуса перигея. Фаза выхода завершена к 22 декабря 2003 года, орбита 20000 x 63427 км.
• Круиз по спасению с Земли: движение вокруг перигея только для увеличения радиуса апогея.
• Лунные резонансы и захват: траектория помогает с помощью лунных резонансов. Захват Луны 15 ноября 2004 года на расстоянии 310 000 км от Земли и 90 000 км от Луны.
• Спуск на Луну: тяга используется для снижения орбиты, рабочая орбита 2200 x 4600 км.
• Лунная наука: до конца срока службы в сентябре 2006 года, прерываемая только одномесячной фазой повторного разгона в сентябре 2005 года для оптимизации лунной орбиты.
• Повторный вывод на орбиту: этап в июне/июле 2006 года с использованием двигателей ориентации для корректировки даты и времени столкновения.
• Столкновение с Луной: операции с июля 2006 года до столкновения 3 сентября 2006 года.

Полные этапы миссии с точки зрения эксплуатации задокументированы в ^[21], включая производительность различных подсистем.

• Список искусственных объектов на Луне

Общий

• Кайдаш В., Креславский М., Шкуратов Ю., Герасименко С., Пинет П., Шеврель С., Жоссет Ж.-Л., Бовивр С., Альмейда М., Фоинг Б. (2007). "ФОТОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРАННЫХ ЛУННЫХ УЧАСТКОВ ПО ДАННЫМ AMIE SMART-1". Lunar Planetary Science, XXXVIII, аннотация 1535, [2].

На Викискладе есть медиафайлы по теме SMART-1.

• Официальный сайт
• Научный сайт ESA SMART-1
• Профиль миссии SMART-1 от NASA's Solar System Exploration
• Наблюдение за воздействием Smart-1
• SMART 1 на сербском научном портале Viva fizika Архивировано 28 сентября 2007 г. на Wayback Machine
• SMART-1, Европа на Луне