Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

SMART-1 - это спутник Европейского космического агентства, спроектированный Швецией, который вращался вокруг Луны . Он был запущен 27 сентября 2003 года в 23:14 UTC из Космического центра Гвианы в Куру , Французская Гвиана . «SMART-1» означает « Small Missions for Advanced Research in Technology-1» . 3 сентября 2006 года (05:42 UTC) SMART-1 был намеренно врезан в поверхность Луны, завершив свою миссию. [2]

Конструкция космического корабля [ править ]

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

Он приводился в движение двигателем на эффекте Холла на солнечной энергии (Snecma PPS-1350 -G) с использованием 82 кг ксенона, содержащегося в 50- литровом баке при давлении 150 бар при запуске. Ионный двигатель подруливающее использовали электростатическое поле для ионизации ксенона и ускорения ионов достижения удельного импульса 16.1 кН · с / кг (1,640 секунды), более чем в три раза больше максимальной для химических ракет. Один кг топлива (от 1/350 до 1/300 от общей массы космического корабля) произвел дельта-vоколо 45 м / с. Подсистема электрической силовой установки весила 29 кг при пиковой потребляемой мощности 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, были в состоянии обеспечить максимальную мощность 1190 Вт для двигателя малой тяги, давая номинальную тягу 68 мН, следовательно, ускорение 0,2 мм / с² или 0,7 м / с на час (т.е. чуть менее 0,00002 г ускорения). Как и все корабли с ионными двигателями, орбитальные маневры выполнялись не короткими очередями, а очень постепенно. Конкретная траектория, по которой SMART-1 летела на Луну, требовала от одной трети до половины каждой орбиты. При удалении от Земли по спирали толчок производился на перигейной части орбиты. По окончании миссии подруливающее устройство продемонстрировало следующие возможности:

  • Время работы подруливающего устройства: 5000 ч
  • Расход ксенона: 82 кг
  • Суммарный импульс: 1,2 МН · с
  • Общий ΔV: 3,9 км / с

В рамках стратегии Европейского космического агентства по созданию очень недорогих и относительно небольших космических кораблей общая стоимость SMART-1 составляла относительно небольшие 110 миллионов евро (около 170 миллионов долларов США ). SMART-1 был разработан и разработан Шведской космической корпорацией по поручению ЕКА . Сборку космического корабля производила компания Saab Space в Линчёпинге . Испытания космического корабля были организованы Шведской космической корпорацией и выполнены Saab Space. Руководителем проекта в ЕКА был Джузеппе Ракка, пока космический корабль не вышел на рабочую орбиту Луны. Затем его заменил Герхард Швем.для этапа науки. Руководителем проекта Шведской космической корпорации был Питер Ратсман. Главным научным сотрудником проекта был Бернард Фоинг . Менеджером наземного сегмента на этапе подготовки был Майк Маккей, а менеджером по эксплуатации космического корабля - Октавио Камино .

Инструменты [ править ]

ЭМИ [ править ]

Advanced Moon Micro-Imager Experiment представлял собой миниатюрную цветную камеру для получения изображений Луны. ПЗС-камера с тремя фильтрами 750, 900 и 950 нм могла делать изображения со средним разрешением пикселей 80 м (около 260 футов). Камера весила 2,1 кг (около 4,5 фунта) и потребляла 9 Вт. [3]

D-CIXS [ править ]

Демонстрацией компактного рентгеновского спектрометра стал рентгеновский телескоп для идентификации химических элементов на поверхности Луны. Он обнаружил рентгеновскую флуоресценцию (XRF) кристаллических соединений, созданных в результате взаимодействия электронной оболочки с частицами солнечного ветра, чтобы измерить содержание трех основных компонентов: магния , кремния и алюминия . Обнаружение железа , кальция и титана зависело от солнечной активности. Дальность регистрации рентгеновского излучения составляла от 0,5 до 10 кэВ. Спектрометр и XSM (описанный ниже) вместе весили 5,2 кг и имели потребляемую мощность 18 Вт.

XSM [ править ]

Рентгеновский солнечный монитор изучал солнечную изменчивость в дополнение к измерениям D-CIXS.

Сэр [ править ]

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. Пакет весил 2,3 кг и имел потребляемую мощность 4,1 Вт. [4]

EPDP [ править ]

Пакет диагностики электродвигателя должен был получить данные о новой двигательной установке на SMART-1. Пакет весил 0,8 кг и имел потребляемую мощность 1,8 Вт. [5]

СКОРОСТЬ [ править ]

Потенциал космического корабля, электронно-пылевой эксперимент. 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 наблюдала излучение ионного двигателя космического корабля и "след" Луны за солнечным ветром . В отличие от большинства других инструментов, которые необходимо отключать, чтобы предотвратить повреждение, SPEDE может продолжать измерения внутри радиационных поясов и во время солнечных бурь, таких как солнечные бури в Хэллоуин 2003 года . [6] [7] Он был построен Финским метеорологическим институтом, и его название было намеренно выбрано так, чтобы его аббревиатура совпадала с прозвищемСпеде Пасанен , известный финский киноактер, кинопродюсер и изобретатель. Алгоритмы, разработанные для SPEDE, позже были использованы в спускаемом аппарате ESA Philae . [7]

КЕЙТ [ править ]

К группа ТТ & С (телеметрический, слежение и контроль) Эксперимент. Эксперимент весил 6,2 кг и потребляемая мощность 26 Вт. Транспондер в Ka-диапазоне был разработан в качестве предшественника для Bepi Colombo для проведения радионаучных исследований и контроля динамических характеристик электрической силовой установки.

Полет [ править ]

SMART-1 был запущен 27 сентября 2003 года вместе с Insat 3E и eBird 1 ракетой Ariane 5 из Космического центра Гвианы во Французской Гвиане . Через 42 минуты он был выведен на геостационарную переходную орбиту размером 7 035 × 42 223 км. Оттуда он использовал свою первичную солнечную электрическую тягу (SEPP), чтобы постепенно расширяться в течение тринадцати месяцев.

Орбиту можно было увидеть до 26 октября 2004 г. на сайте spaceref.com , когда она составляла 179 718 × 305 214 км. В тот день, после 289-го импульса двигателя, SEPP наработал в общей сложности почти 3648 часов из общего времени полета в 8000 часов, что составляет немногим менее половины его общей миссии. Он потреблял около 58,8 кг ксенона и производил дельта-v 2737 м / с (46,5 м / с на кг ксенона, 0,75 м / с в час во время работы). Он был снова включен 15 ноября на запланированный срок в 4,5 дня для полного выхода на лунную орбиту. Потребовалось до февраля 2005 года с использованием электрического двигателя для выхода на конечную орбиту в 300–3000 км над поверхностью Луны. [8] Окончание полета, продемонстрированное двигательной установкой, указано выше.

После своего последнего перигея 2 ноября [9] 11 ноября 2004 года он прошел через точку Лагранжа L 1 в область, где преобладает гравитационное влияние Луны , а в 1748 UT 15 ноября прошел первый периселен своей лунной орбиты. Соприкасающейся орбиты на эту дату было 6704 × 53208 км, [10]с периодом обращения 129 часов, хотя фактическая орбита была достигнута всего за 89 часов. Это иллюстрирует значительное влияние, которое сгорание двигателя оказывает на орбиту, и обозначает значение касающейся орбиты, то есть орбиты, по которой космический корабль должен был бы пройти, 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. [11]

Лунный удар [ править ]

SMART-1 упал на поверхность Луны, как и планировалось, 3 сентября 2006 года в 05:42:22 UTC , завершив свою миссию. Двигаясь со скоростью примерно 2000 м / с (4500 миль в час), SMART-1 создал удар, видимый с Земли в наземные телескопы. Есть надежда, что это не только предоставит некоторые данные, имитирующие удар метеора , но также и то, что материалы в земле, такие как водяной лед, могут подвергнуться спектроскопическому анализу .

ЕКА первоначально предполагалось , что воздействие произошло на 34,4 ° S 46,2 ° з . [12] В 2017 году, на месте удара был идентифицирован из Lunar Reconnaissance Orbiter данных при 34.262 ° S 46.193 ° W . [1] Во время столкновения Луна была видна в Северной и Южной Америке и в некоторых местах в Тихом океане, но не в Европе, Африке или Западной Азии.34 ° 24' ю.ш. 46 ° 12'з.д. /  / -34,4; -46,234 ° 15′43 ″ ю.ш. 46 ° 11′35 ″ з.д. /  / -34,262; -46,193

В рамках этого проекта были собраны данные и ноу-хау, которые будут использоваться для других миссий, таких как миссия ЕКА BepiColombo на Меркурий .

Важные события и открытия [ править ]

  • 27 сентября 2003 г .: SMART-1 запущен с европейского космодрома в Куру ракетой- носителем Ariane 5 .
  • 17 июня 2004: SMART-1 сделал тестовое изображение Земли с помощью камеры, которая позже будет использоваться для снимков крупным планом Луны. На нем показаны части Европы и Африки. Это было снято 21 мая камерой AMIE.
  • 2 ноября 2004 г .: последний перигей околоземной орбиты.
  • 15 ноября 2004 года: первая опасность на лунной орбите.
  • 15 января 2005 г .: кальций обнаружен в Mare Crisium .
  • 26 января 2005 г .: Получены первые снимки поверхности Луны крупным планом.
  • 27 февраля 2005 г .: достиг конечной орбиты вокруг Луны с периодом обращения около 5 часов.
  • 15 апреля 2005 г .: Начались поиски PEL .
  • 3 сентября 2006 г .: Миссия заканчивается запланированным падением на Луну на орбите номер 2890. [13]

Наземный сегмент и операции Smart-1 [ править ]

Космический корабль Смарт-1

Операции Smart-1 проводились Европейским центром космических операций ЕКА ESOC в Дармштадте, Германия, под руководством руководителя операций космического корабля Октавио Камино .

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

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

Специально для Смарт-1 были разработаны следующие компоненты: тренажер; сочетание аппаратного и программного обеспечения, полученного на основе оборудования EGSE для электрического наземного оборудования, системы планирования миссий и системы автоматизации, разработанной MOIS (последняя основана на прототипе, реализованном для Envisat ), а также набора инженерных инструментов под названием MUST . Последнее позволило инженерам Smart-1 провести расследование аномалий через Интернет, первыми в ЕКА в мониторинге космических аппаратов TLM с помощью мобильных телефонов и КПК и получении сигналов тревоги космического корабля по SMS . [14]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 информационным системам. В отличие от большинства миссий ЕКА, здесь не было диспетчеров космических кораблей (SPACON), и все операции и действия по планированию миссий выполнялись FCT. Эта концепция зародилась в сверхурочные и ночные смены в первые месяцы миссии, но хорошо сработала во время круиза и фаз Луны. Главной проблемой в течение первых 3 месяцев миссии было как можно скорее покинуть радиационные пояса, чтобы свести к минимуму деградацию солнечных батарей и ПЗС-матриц звездных трекеров.

Первая и самая серьезная проблема возникла после первого оборота, когда отказ бортового алгоритма обнаружения и исправления ошибок (EDAC) вызывал автономное переключение на резервный компьютер на каждой орбите, вызывая несколько перезагрузок, обнаруживая космический корабль в режиме БЕЗОПАСНОСТИ после каждого прохождения перицентра. . Анализ телеметрии космического корабля прямо указывал на вызванную излучением проблему с программой прерывания EDAC. [15]

Другими аномалиями в этот период были 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 подхода к наземным операциям. Звездные трекеры также были предметом частой икоты во время выхода на землю и вызвали некоторые прерывания электрического движения (EP). [16] Все они были решены с помощью нескольких программных исправлений.

ЭП показал чувствительность к отключениям, вызывающим радиацию. Это явление, идентифицированное как единичный переходный процесс оптопары (OSET), первоначально наблюдавшееся в LEOP во время первого зажигания с использованием катода B, характеризовалось быстрым падением анодного тока, вызывающим сигнальный бит 'Flame Out', вызывающим отключение EP . Проблема была определена в чувствительности оптопары, вызванной излучением. Восстановление таких событий заключалось в перезапуске двигателя. Это делалось вручную в течение нескольких месяцев до тех пор, пока не было разработано бортовое программное обеспечение (OBSW) для его обнаружения и запуска автономного перезапуска двигателя. Его влияние ограничивалось расчетом прогноза орбиты, используемым для наземных станций для отслеживания космического корабля и последующими корректировками орбиты.

Разного рода аномалии и частые перебои в работе электродвигателя привели к увеличению поддержки наземных станций и сверхурочной работе летной группы, которая должна была быстро реагировать. Их восстановление иногда занимало много времени, особенно когда космический корабль находился в БЕЗОПАСНОМ режиме. [17] В целом, они препятствовали проведению операций, как первоначально планировалось, с одним 8-часовым перерывом каждые 4 дня.

Спуск на орбиту Луны Smart-1

Миссия договорилась об использовании резервной емкости сети ESTRACK . Эта концепция позволяла примерно в восемь раз увеличить покрытие сети без дополнительных затрат, но вызвала непредвиденные накладные расходы и конфликты. В конечном итоге это позволило установить дополнительные контакты с космическим кораблем на ранней стадии миссии и значительно расширить научные исследования во время лунной фазы. На этом этапе потребовалась серьезная реконфигурация бортовых магазинов и их работы. Это изменение, разработанное группой управления полетом в ESOC и реализованное Шведской космической корпорацией в короткие сроки, потребовалось для переписывания части FOP процедур управления полетом для операций на Луне.

Операции во время фазы Луны становятся в высшей степени автоматизированными: указатель динамики полета «управляется меню», что позволяет более 98% команд генерировать с помощью системы планирования миссий MPS. Расширением системы MPS с так называемым MOIS Executor [15] стала система автоматизации Smart-1. Это позволило выполнить 70% проходов без участия человека к концу миссии и позволило провести валидацию первой действующей «системы автоматизации космического корабля» в ЕКА. [18]

Миссия достигла всех своих целей: выйти из-под влияния радиационных поясов через 3 месяца после запуска, развернуться по спирали в течение 11 месяцев и быть захваченным Луной с помощью резонансов, ввод в эксплуатацию и работа всех инструментов во время крейсерской фазы и оптимизация навигации. и рабочие процедуры, необходимые для работы электродвигателя. [19] Эффективная работа электрического двигателя на Луне позволила уменьшить радиус орбиты, что пошло на пользу научным исследованиям, и продлило эту миссию на один дополнительный год.

Подробная хронология операционных событий представлена ​​в исх. [15]

Smart- 1 Фазы миссии [ править ]

  • Фаза запуска и ранней орбиты: запуск 27 сентября 2003 г., начальная орбита 7 029 x 42 263 км.
  • Побег с пояса Ван Аллена: стратегия непрерывного толчка для увеличения радиуса перигея. Фаза эвакуации завершена к 22 декабря 2003 г., орбита 20000 x 63427 км.
  • Круиз по спасению с Земли: обойдите перигей только для увеличения радиуса апогея.
  • Лунные резонансы и захват: траектория помогает с помощью лунных резонансов. Захват Луны 15 ноября 2004 г. на расстоянии 310 000 км от Земли и 90 000 км от Луны.
  • Лунный спуск: тяга, используемая для понижения орбиты, рабочая орбита 2200 x 4600 км.
  • Лунная наука: до конца жизни в сентябре 2006 года, прерванная только месячной фазой повторного разгона в сентябре 2005 года для оптимизации лунной орбиты.
  • Повторное ускорение орбиты: этап в июне / июле 2006 года с использованием двигателей ориентации для корректировки даты и времени удара.
  • Столкновение с Луной: операции с июля 2006 г. до падения 3 сентября 2006 г.

Полные этапы миссии с точки зрения эксплуатации задокументированы в [20], включая производительность различных подсистем.

См. Также [ править ]

  • Список искусственных объектов на Луне

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Клесман, Элисон (22 сентября 2017 г.). «Новые наблюдения показывают место последнего упокоения космического корабля» . Журнал "Астрономия" . Проверено 27 сентября 2017 года .
  2. ^ "Зонд врезается в поверхность Луны" . BBC News . 3 сентября 2006 . Проверено 23 мая 2010 года .
  3. ^ Josset JL; Beauvivre S .; Cerroni P .; De Sanctis MC; и другие. (2006). «Научные цели и первые результаты многоцветной микрокамеры SMART-1 / AMIE». Успехи в космических исследованиях . 37 (1): 14–20. Bibcode : 2006AdSpR..37 ... 14J . DOI : 10.1016 / j.asr.2005.06.078 .
  4. ^ Басилевский АТ; Keller HU; Nathues A .; Mall J .; и другие. (2004). «Научные задачи и выбор целей для инфракрасного спектрометра SMART-1 (SIR)». Планетарная и космическая наука . 52 (14): 1261–1285. Bibcode : 2004P & SS ... 52.1261B . DOI : 10.1016 / j.pss.2004.09.002 .
  5. ^ Ди Кара DM; Эстублье Д. (2005). «Смарт-1: Анализ полетных данных». Acta Astronautica . 57 (2–8): 250–256. Bibcode : 2005AcAau..57..250D . DOI : 10.1016 / j.actaastro.2005.03.036 .
  6. ^ http://sci.esa.int/smart-1/31415-instruments/
  7. ^ a b Шмидт, Вальтер; Mälkki, Ансси (2014). «SMART-1 SPEDE: результаты и наследие через 10 лет». Тезисы докладов конференции Генеральной Ассамблеи Эгу . 16 : 13174. Bibcode : 2014EGUGA..1613174S .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  8. ^ Rathsman P .; Kugelberg J .; Bodin P .; Racca GD; и другие. (2005). «SMART-1: Развитие и извлеченные уроки». Acta Astronautica . 57 (2–8): 455–468. Bibcode : 2005AcAau..57..455R . DOI : 10.1016 / j.actaastro.2005.03.041 .
  9. ^ SMART-1: На пути к захвату Луны | Moon Today - ваш ежедневный источник лунных новостей, заархивированный 2 ноября 2005 года на Wayback Machine
  10. ^ SMART-1 завершает свой первый оборот вокруг Луны | Moon Today - ваш ежедневный источник лунных новостей, заархивированный 15 декабря 2004 года на Wayback Machine
  11. ^ Портал ESA - маневры SMART-1 готовятся к завершению миссии
  12. ^ "SMART-1 ударяет по Луне" . Европейское космическое агентство . 3 сентября 2006 года архивация с оригинала на 5 сентября 2006 года . Проверено 3 сентября 2006 года .
  13. ^ ESA - SMART-1 - Интенсивные последние часы для SMART-1
  14. ^ ESA, шестые ICLCPM 2005 SMART-1 Lunar Mission - Миссия Сокращение операций Costs.pdf (O.Camino и др) (22 сентября 2005), английский: SMART-1 является первым из небольших миссий Европейского космического агентства передовых исследований в Технологии. (PDF) , дата обращения 8 мая 2020.
  15. ^ a b c Camino, Octavio (10 февраля 2020 г.), английский: Smart-1 Operations Report (O.Camino et al) (PDF) , получено 8 мая 2020 г.
  16. ^ SMART -1 Lunar Mission Star Tracker Operation Experience (М. Алонсо)
  17. ^ ESA, SMART-1 AOCS и его связь с электрической двигательной установкой (М. Алонсо и др.) (16 октября 2005 г.), английский язык: SMART-1 - первая из малых миссий Европейского космического агентства для перспективных исследований в области технологий. (PDF) , дата обращения 8 мая 2020.
  18. Камино, Октавио (10 февраля 2020 г.), SMART-1 - Лунная миссия Европы (О. Камино и др.) (PDF) , получено 8 мая 2020 г.
  19. ^ Оперативно улучшенные характеристики электрического движения на космических аппаратах с электрическим приводом (Д. Миллиган) [1]
  20. ^ Камино, Октавио (10 февраля 2020 г.), английский: Отчет об операциях Smart-1 (О. Камино и др.) (PDF) , получено 8 мая 2020 г.
Общий
  • Кайдаш В., Креславский М., Шкуратов Ю., Герасименко С., Пинет П., Шеврель С., Жоссет Ж.-Л., Бовивр С., Алмейда М., Фоинг Б. (2007). «ФОТОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРАННЫХ ЛУННЫХ ОБЪЕКТОВ ПО ДАННЫМ SMART-1 AMIE». Лунная планетология, XXXVIII, аннотация 1535, [2] .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный веб-сайт
  • Научный сайт ESA SMART-1
  • Профиль миссии SMART-1 от NASA Solar System Exploration
  • Наблюдение за ударом Смарт-1
  • SMART 1 на сербском научном портале Viva fizika
  • SMART-1, Европа на Луне