SMART 1

Z Evropy na Měsíc

Sonda Evropské kosmické agentury ESA s názvem SMART 1 (Small Missions for Advanced Research in Technology 1) je první zástupkyní tzv. “flexi missions” – malých a relativně levných automatů, které kromě splnění vědeckých úkolů mají ověřit nové technologie, použité později na ambicióznějších expedicích.

Hlavní úkoly SMART 1

Jak již bylo řečeno, dají se úkoly SMART 1 rozdělit do dvou kategorii:

• Z technologických cílů je nejdůležitější ověření nového iontového motoru PPS 1350 firmy SNECMA (Francie) . Testovány budou i přístroje pro sběr dat, které byly postaveny s využitím nejmodernějších technologii umožňujících jejich miniaturizaci.
• K vědeckým cílům expedice patří získání nových poznatků o měsíční geologii, morfologii, topografii, mineralogii, studiu tektonické aktivity a studiu procesů, kterými Měsíc prošel při svém formování se.

Technický popis přístrojového vybavení sondy SMART 1

Startovní hmotnost sondy je 350 kilogramů, při navedení na oběžnou dráhu Měsíce 305 kilogramů, z toho na vědeckou výbavu připadá 15 kilogramů. Ta se skládá z těchto přístrojů:

1. AMIE (Asteroid – Moon Micro Imager Experiment ) – zobrazovací zařízení sondy SMART 1 o hmotnosti 450 gramů vyrobená ve Švýcarsku, snímá s úhlem záběru 5,3° x 5,3° a rozlišením 1024 x 1024 pixelů. Snímky můžou být pořizovány přes tři výměnné filtry: 450nm (UV), 950nm (IR) a 750nm (viditelná oblast spektra).
2. EPDP (Electric Propulsion Diagnostic Package) – vedlejší účinky použitého iontového motoru mohou být fyzikální, elektrické, mechanické a tepelné. Působení plasmy může způsobovat erozi exponovaného materiálu dopadem částic, střídavým ohříváním a chladnutím, elektrickou indukcí. Monitoringem těchto efektů se má zabývat zařízení EPDP, sestávajícího z mnoha senzorů, namontovaných v okolí iontového pohonu. Hmotnost zařízení včetně podpůrné elektroniky nepřesáhne 2 kilogramy.
3. SPEDE (Spacecraft Potential , Electron and Dust Experiment) – dva senzory namontované na konci 60 cm dlouhých tyčí. Využitá mohou být buď pro měření elektrických účinků iontového pohonu, nebo pro měření plasmy v okolí sondy. Hmotnost čidel je 800 gramů.
4. SIR (SMART 1 Infrared Spectrometer) provede studium měsíčního povrchu ve vlnových délkách 900-2400 nm se spektrálním rozlišení 0,06 nm a plošném rozlišení okolo 300 metrů. Celková hmotnost experimentu je 2 kilogramy. Přístroj byl vyroben konsorciem firem pod vedením Max Planck Institute v Německu.
5. D-CIXS (Demonstration of a Compact Imaging X-Ray Spectrometer) Kompaktní přístroj pro sledování emise paprsků X s rozlišením lepším než 200 eV, skládá se ze 40 detektorů o rozměrech 10x10 mm o celkové hmotnosti 3 kg včetně elektroniky. Hlavním úkolem je pořízení mapy Měsíce s dosud nejlepším rozlišením s ohledem na zastoupení různých prvků.
6. KaTE (Ka-band Telemetry and Telecommand Experiment) má ověřit použitelnost nových technologii využívajících vysoce citlivé přijímače, demonstrovat využití vyšších kmitočtových pásem pro přenos dat, v pásmu X (8 GHz) a Ka (32/34 GHz), otestovat nové kódovací techniky (tzv. Turbo kód) a prověřit funkčnost nově postavené stanice pro dálkové kosmické spojení poblíž Perthu v Austrálii.
7. OBAN (OnBoard Autonomous Navigation) dosud jediná ze všech vypuštěných kosmických sond byla vybavená systémem aktivního řízení – sonda Deep Space 1. O svoji jedinečnost ji má připravit právě SMART 1 se systémem OBAN. Princip aktivního řízení spočívá v softwarovém zpracování poloh velkého množství kosmických těles, které jsou porovnávána s aktuálním stavem. Zjištěná data jsou potom neustále konfrontována s programem řízení letu. Při zjištění disproporce mezi plánovanou a skutečnou polohou vůči cílovému objektu je navigační systém schopný vypočítat parametry potřebné korekce dráhy. Řízení letu dozoruje správnou činnost navigačního systému.
8. SILEX (SMART 1 Laser Link Experiment) na vlnové délce 847 nm bude vysílaný laserový paprsek z Observatorio del Teide na Tenerife v nadmořské výšce 2393 metrů. Paprsek s energii 28 W bude zachycován a odrážen zpět k Zemi, k tomu bude využita kamera AMIE. Kromě vysoce přesných měření poloh sondy umožní tento experiment zjistit hodnoty útlumů a vlastností světelných paprsků vysílaných ze Země do vesmíru, což vhodně doplní znalosti o útlumu světla dopadajícího z vesmíru na Zemi (kteréžto jsou využívány například při konstrukci optických observatoří, využívajících tzv. adaptivní optiku – jemné korekce tvaru zrcadel na základě měření chvění atmosféry pomoci laserového paprsku).

SMART 1 byla první evropskou sondou vyslanou k Měsíci, prvenství mezi evropskými sondami jí rovněž zajistilo použití iontového motoru jako hlavního pohonného systému. Elektrický pohon na meziplanetární sondě byl použitý dosud jenom jednou – na sondě Deep Space 1, vypuštěné v roce 1998. Tento druh pohonu byl vyvinutý už před třiceti lety, zejména v bývalém Sovětském svazu bylo vypuštěno množství družic na oběžnou dráhu kolem Země. Používaly vedle klasického chemického i elektrický pohon, zejména pro stabilizační systém udržující správnou orientaci v prostoru. Zatímco klasický chemický pohon pracuje se specifickým impulsem od 3000 Ns/kg, u elektrického pohonu se pohybuje mezi 15 000 – 100 000 Ns/kg (číslo udává rychlost v m/sec, se kterou opouští plyny nebo částice komoru motoru). Nevýhodou je nízký tah, pouze zlomkový ve srovnání s klasickým pohonem. To je ale zase vyváženo poměrně malým množstvím potřebného množství pohonné látky. PPS 1350 je iontový motor, využívající jako pohonnou látku xenon . Jeho keramická komora o průměru 10cm je obepnutá vnitřním a vnějším vinutím. Elektrony – záporně nabité částice proudí z vnější elektrody – katody na anodu umístěnou uvnitř komory, kam je přiváděný xenonový plyn. Elektricky neutrální částice plynu se ionizují, získávají kladný elektrický náboj a silným magnetickým polem jsou poté vypuzovány vysokou rychlostí ven z komory, kde se neutralizují. Tah iontového motoru sondy SMART 1 je 70 mN.

Průběh letu sondy SMART 1

Sondu SMART 1 do vesmíru vynesla raketa Ariane 5 dne 27.09.2003. Spirálová trajektorie ze Země ji přivedla k Měsíci po 16–ti měsících, během nichž byla testována všechna zařízení sondy. U Měsíce byla navedena na eliptickou polární dráhu ve výšce 300 – 10 000 kilometrů, umožňující provádět vědecká měření. K průzkumu byly využity všechny přístroje na palubě.

Po vyčerpání zásob xenonu pro iontový motor se dráha sondy postupně snižovala a dne 03.09.2006 v 05:42:22 UT sonda dopadla na povrch přivrácené strany Měsíce. Dopad byl ze Země pozorován řadou astronomických observatoří.

Jan Toman