SMART-1 - SMART-1
 Kunstnerens inntrykk av SMART-1
| |||||||||||||||||
| Oppdragstype | Teknologi Lunar orbiter |
||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Operatør | ESA | ||||||||||||||||
| COSPAR ID | 2003-043C | ||||||||||||||||
| SATCAT nr. | 27949 | ||||||||||||||||
| Nettsted | SMART-1 | ||||||||||||||||
| Oppdragets varighet | 2 år, 11 måneder, 6 dager, 6 timer, 27 minutter, 36 sekunder | ||||||||||||||||
| Romfartøyegenskaper | |||||||||||||||||
| Produsent | Swedish Space Corporation | ||||||||||||||||
| Start masse | 367 kg (809 lb) | ||||||||||||||||
| Tørr masse | 287 kg (633 lb) | ||||||||||||||||
| Start på oppdrag | |||||||||||||||||
| Lanseringsdato | 27. september 2003, 23:14:46 UTC | ||||||||||||||||
| Rakett | Ariane 5G | ||||||||||||||||
| Start nettstedet | Kourou ELA-3 | ||||||||||||||||
| Entreprenør | Arianespace | ||||||||||||||||
| Oppdragets slutt | |||||||||||||||||
| Forfall dato | 3. september 2006, 05:42:22 UTC | ||||||||||||||||
| Orbitale parametere | |||||||||||||||||
| Referansesystem | Selenosentrisk | ||||||||||||||||
| Eksentrisitet | 0,352054 | ||||||||||||||||
| Periselene høyde | 2205 kilometer (1370 mi) | ||||||||||||||||
| Aposelene høyde | 4600 kilometer (2900 mi) | ||||||||||||||||
| Tilbøyelighet | 90,26 grader | ||||||||||||||||
| Periode | 4,95 timer | ||||||||||||||||
| Epoke | 18. juli 2005, 11:14:28 UTC | ||||||||||||||||
| Lunar Orbiter | |||||||||||||||||
| Orbital innsetting | 15. november 2004 | ||||||||||||||||
| Påvirkningsside | 34 ° 15′43 ″ S 46 ° 11′35 ″ V / 34,262 ° S 46,193 ° V | ||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
 Eldre ESA-insignier for SMART-1- oppdraget | |||||||||||||||||
SMART-1 var en svensk-laget European Space Agency satellitt som gikk i bane rundt Månen . Den ble lansert 27. september 2003 klokka 23:14 UTC fra Guiana Space Center i Kourou , Fransk Guyana . "SMART-1" står for Small Missions for Advanced Research in Technology-1 . 3. september 2006 (05:42 UTC) ble SMART-1 bevisst krasjet i Månens overflate og avsluttet oppdraget.
Romfartøydesign
SMART-1 var omtrent en meter bred (3,3 fot) og lett i forhold til andre sonder. Lanseringsmassen var 367 kg, hvorav 287 kg ikke var drivmiddel.
Den ble drevet av en soldrevet Hall-effektpropeller (Snecma PPS-1350 -G) ved bruk av 82 kg xenongass inneholdt i en 50 liters tank ved et trykk på 150 bar ved sjøsetting. Den ion-motoren propell anvendes et elektrostatisk felt for å ionisere xenon og akselerere ioner oppnå en spesifikk impuls på 16,1 kN-s / kg (1640 sekunder), og mer enn tre ganger den maksimale for kjemiske raketter. En kg drivmiddel (1/350 til 1/300 av den totale massen til romfartøyet) produserte en delta-v på ca. 45 m / s. Delsystemet for elektrisk fremdrift veide 29 kg med et maksimalt strømforbruk på 1200 watt. SMART-1 var den første i programmet for ESAs Small Missions for Advanced Research and Technology.
Solarrayene som var i stand til 1850W ved begynnelsen av oppdraget, var i stand til å gi det maksimale settet på 1.190 W til thrusteren, noe som ga en nominell skyvekraft på 68 mN, derav en akselerasjon på 0,2 mm / s 2 eller 0,7 m / s per time (dvs. i underkant av 0,00002 g akselerasjon). Som med alle fartøyer med ionemotorer, ble orbitale manøvrer ikke utført i korte utbrudd, men veldig gradvis. Den spesielle banen som ble tatt av SMART-1 til månen, krevde å skyve i omtrent en tredjedel til halvparten av hver bane. Når du spiral vekk fra jorden, ble skyvekjøring gjort på perigee- delen av banen. Ved slutten av oppdraget hadde thrusteren vist følgende evner:
- Thruster driftstid: 5000 timer
- Xenon-gjennomstrømning: 82 kg
- Total impuls: 1,2 MN-s
- Total ΔV: 3,9 km / s
Som en del av European Space Agencys strategi for å bygge svært rimelige og relativt små romskip , var den totale kostnaden for SMART-1 relativt små 110 millioner euro (ca. 170 millioner amerikanske dollar ). SMART-1 ble designet og utviklet av Swedish Space Corporation på vegne av ESA . Montering av romfartøyet ble utført av Saab Space i Linköping . Tester av romfartøyet ble regissert av Swedish Space Corporation og utført av Saab Space. Prosjektleder ved ESA var Giuseppe Racca til romfartøyet oppnådde månens operasjonsbane. Han ble deretter erstattet av Gerhard Schwehm for Science-fasen. Prosjektleder i Swedish Space Corporation var Peter Rathsman. Den viktigste prosjektforskeren var Bernard Foing . Ground Segment Manager under forberedelsesfasen var Mike McKay og Spacecraft Operations Manager var Octavio Camino .
Instrumenter
AMIE
Advanced Moon micro-Imager Experiment var et miniatyrfargekamera for månebilde. CCD-kameraet med tre filtre på 750, 900 og 950 nm var i stand til å ta bilder med en gjennomsnittlig pikseloppløsning på 80 m (ca. 260 fot). Kameraet veide 2,1 kg (ca. 4,5 lb) og hadde et strømforbruk på 9 watt.
D-CIXS
Demonstrasjonen av et kompakt røntgenspektrometer var et røntgenteleskop for identifisering av kjemiske elementer på månens overflate. Den oppdaget røntgenfluorescens (XRF) av krystallforbindelser opprettet gjennom samspillet mellom elektronhylsen og solvindpartiklene for å måle overflod av de tre hovedkomponentene: magnesium , silisium og aluminium . Oppdagelsen av jern , kalsium og titan var avhengig av solaktiviteten. Påvisningsområdet for røntgen var 0,5 til 10 keV. Spektrometeret og XSM (beskrevet nedenfor) veide sammen 5,2 kg og hadde et strømforbruk på 18 watt.
XSM
Røntgen solmonitor studerte solvariabiliteten for å utfylle D-CIXS målinger.
HERR
Smart-1 infrarødt spektrometer var et infrarødt spektrometer for identifisering av mineralspektre av olivin og pyroksen . Den oppdaget bølgelengder fra 0,93 til 2,4 mikrometer med 256 kanaler. Pakken veide 2,3 kg og hadde et strømforbruk på 4,1 watt.
EPDP
Den elektriske fremdriftsdiagnostiske pakken skulle skaffe data om det nye fremdriftssystemet på SMART-1. Pakken veide 0,8 kg og hadde et strømforbruk på 1,8 watt.
SPEDE
Romfartøyets potensiale, elektron- og støveksperiment. Eksperimentet veide 0,8 kg og hadde et strømforbruk på 1,8 watt. Dens funksjon var å måle egenskapene og tettheten til plasmaet rundt romfartøyet, enten som en Langmuir-sonde eller som en elektrisk feltsonde. SPEDE observerte utslipp av romfartøyets ionmotor og "våknet" Månen overlater til solvinden . I motsetning til de fleste andre instrumenter som må lukkes for å forhindre skade, kan SPEDE fortsette å måle inne i strålingsbelter og i solstormer, for eksempel solstormene i Halloween 2003 . Den ble bygget av det finske meteorologiske instituttet og navnet ble med vilje valgt slik at akronymet er det samme som kallenavnet til Spede Pasanen , en berømt finsk filmskuespiller, filmprodusent og oppfinner. Algoritmene utviklet for SPEDE ble senere brukt i ESA- lander Philae .
KATE
K et band TT&C (telemetri, sporing og kontroll) Eksperiment. Eksperimentet veide 6,2 kg og hadde et strømforbruk på 26 watt. Ka-band transponder ble designet som forløper for Bepi Colombo for å utføre radiovitenskapelige undersøkelser og for å overvåke den dynamiske ytelsen til det elektriske fremdriftssystemet.
Flygning
SMART-1 ble lansert 27. september 2003 sammen med Insat 3E og eBird 1 , av en Ariane 5- rakett fra Guiana Space Center i Fransk Guyana . Etter 42 minutter ble den frigitt i en geostasjonær overføringsbane på 7 035 × 42 223 km. Derfra brukte den sin Solar Electric Primary Propulsion (SEPP) for å gradvis spiral ut i løpet av tretten måneder.
Banen kan sees frem til 26. oktober 2004 på spaceref.com , da bane var 179718 × 305214 km. På den datoen, etter den 289. motorpulsen, hadde SEPP samlet en total tid på nesten 3,648 timer av en total flytid på 8000 timer, derav litt mindre enn halvparten av sitt totale oppdrag. Den forbrukte ca 58,8 kg xenon og produserte en delta-v på 2737 m / s (46,5 m / s per kg xenon, 0,75 m / s per time i tide). Den ble slått på igjen 15. november i en planlagt brenning på 4,5 dager for å komme helt inn i månebane. Det tok til februar 2005 å bruke den elektriske thrusteren til å bremse ned til den endelige bane 300–3 000 km over Månens overflate. Avslutningen på oppdragets ytelse demonstrert av fremdriftssystemet er angitt ovenfor.
| Epoke (UTC) | Perigee (km) | Apogee (km) | Eksentrisitet | Helning (deg) (til jordekvator) |
Periode (h) |
|---|---|---|---|---|---|
| 27. september 2003 | ~ 7,035 | ~ 42,223 | ~ 0,714 | ~ 6.9 | ~ 10.6833 |
| 26. oktober 2003, 21: 20: 00.0 | 8 687,994 | 44,178,401 | 0,671323 | 6,914596 | 11.880450 |
| 19. november 2003, 04: 29: 48.4 | 10.843.910 | 46,582,165 | 0,622335 | 6,861354 | 13.450152 |
| 19. desember 2003, 06: 41: 47.6 | 13,390,351 | 49,369,049 | 0,573280 | 6.825455 | 15.366738 |
| 29. desember 2003, 05: 21: 47.8 | 17 235,509 | 54,102,642 | 0,516794 | 6.847919 | 18.622855 |
| 19. februar 2004, 22: 46: 08.6 | 20,690,564 | 65,869,222 | 0.521936 | 6.906311 | 24.890737 |
| 19. mars 2004, 00: 40: 52.7 | 20,683,545 | 66,915,919 | 0,527770 | 6,979793 | 25.340528 |
| 25. august 2004, 00:00:00 | 37,791,261 | 240.824.363 | 0,728721 | 6.939815 | 143,738051 |
| 19. oktober 2004, 21: 30: 45.9 | 69.959.278 | 292,632,424 | 0,614115 | 12.477919 | 213.397970 |
| 24. oktober 2004, 06: 12: 40.9 | 179,717,894 | 305,214,126 | 0,258791 | 20.591807 | 330.053834 |
Etter sin siste perigee 2. november, passerte den 11. november 2004 gjennom L 1 Lagrangian Point og inn i området dominert av Månens gravitasjonsinnflytelse , og ved 1748 UT den 15. november passerte den første periselenen av sin månebane. Den osculerende banen på den datoen var 6,704 × 53,208 km, med en omløpstid på 129 timer, selv om den faktiske bane bare ble utført på bare 89 timer. Dette illustrerer den betydelige innvirkningen som motoren brenner på bane og markerer betydningen av den svingende bane, som er bane som ville bli kjørt av romfartøyet hvis i det øyeblikket alle forstyrrelser, inkludert skyvekraft, ville opphøre.
| Epoke (UTC) | Periselene (km) | Aposelene (km) | Eksentrisitet | Helning (grad) (til måneekvator) |
Periode (h) |
|---|---|---|---|---|---|
| 15. november 2004, 17: 47: 12.1 | 6 700,720 | 53,215,151 | 0,776329 | 81.085 | 129.247777 |
| 4. desember 2004 10: 37: 47.3 | 5,454,925 | 20 713,095 | 0.583085 | 83.035 | 37.304959 |
| 9. januar 2005, 15: 24: 55.0 | 2,751,511 | 6,941,359 | 0,432261 | 87,892 | 8.409861 |
| 28. februar 2005, 05: 18: 39.9 | 2.208.659 | 4.618.220 | 0,352952 | 90.063603 | 4.970998 |
| 25. april 2005, 08: 19: 05.4 | 2 283,738 | 4,523,111 | 0.328988 | 90.141407 | 4.949137 |
| 16. mai 2005, 09: 08: 52.9 | 2 291 250 | 4,515,857 | 0.326807 | 89,734929 | 4.949919 |
| 20. juni 2005, 10: 21: 37.1 | 2.256.090 | 4,549,196 | 0,336960 | 90.232619 | 4.947432 |
| 18. juli 2005, 11: 14: 28.0 | 2.204.645 | 4.600.376 | 0,352054 | 90.263741 | 4.947143 |
ESA kunngjorde 15. februar 2005 å utvide oppdraget til SMART-1 med ett år til august 2006. Denne datoen ble senere flyttet til 3. september 2006 for å muliggjøre ytterligere vitenskapelige observasjoner fra jorden.
Månens innvirkning
SMART-1 påvirket Månens overflate, som planlagt, 3. september 2006 kl 05:42:22 UTC , og avsluttet oppdraget. SMART-1 beveget seg rundt 2000 m / s (4500 mph) og skapte en støt som er synlig med jordteleskoper fra jorden. Det er håpet at ikke bare dette vil gi noen data som simulerer en meteorpåvirkning , men også at det kan eksponere materialer i bakken, som vannis, for spektroskopisk analyse .
ESA opprinnelig antatt at virkningen skjedde ved 34,4 ° S 46,2 ° W . I 2017, ble virkningen setet som identifisert fra måne Reconnaissance Orbiter data ved 34,262 ° S 46,193 ° W . På innvirkningstidspunktet var månen synlig i Nord- og Sør-Amerika, og steder i Stillehavet, men ikke Europa, Afrika eller Vest-Asia. 34 ° 24′S 46 ° 12′V / 34 ° 15′43 ″ S 46 ° 11′35 ″ V /
Dette prosjektet har generert data og kunnskap som vil bli brukt til andre oppdrag, for eksempel ESAs BepiColombo- oppdrag til Merkur .
Viktige hendelser og funn
- 27. september 2003: SMART-1 lansert fra den europeiske romhavnen i Kourou av en Ariane 5- bærerakett.
- 17. juni 2004: SMART-1 tok et testbilde av jorden med kameraet som senere skulle brukes til Moon-nærbilder. Den viser deler av Europa og Afrika. Den ble tatt 21. mai med AMIE-kameraet.
- 2. november 2004: Siste perigee av jordbane.
- 15. november 2004: Første fare for månebane.
- 15. januar 2005: Kalsium påvist i Mare Crisium .
- 26. januar 2005: Første nærbilde av månens overflate sendt tilbake.
- 27. februar 2005: Nådde endelig bane rundt Månen med en omløpstid på ca. 5 timer.
- 15. april 2005: Søket etter PEL begynner.
- 3. september 2006: Oppdraget avsluttes med en planlagt krasj mot Månen i løpet av bane nummer 2.890.
Smart-1 bakkesegment og operasjoner
Smart-1- operasjoner ble utført fra ESA European Space Operations Center ESOC i Darmstadt Tyskland ledet av romfartøyets operasjonsleder Octavio Camino .
Bunnsegmentet til Smart-1 var et godt eksempel på gjenbruk av infrastruktur i ESA: Flight Dynamics infrastruktur og datadistribusjonssystem (DDS) fra Rosetta , Mars Express og Venus Express . Den generiske programvaren for oppdragskontrollsystem SCOS 2000 , og et sett med generiske grensesnittelementer bruker på ESA for operasjonene av deres oppdrag.
Bruk av CCSDS TLM- og TC-standarder tillot en kostnadseffektiv skreddersy av syv forskjellige terminaler i ESA Tracking-nettverket ( ESTRACK ) pluss Weilheim i Tyskland (DLR).
Komponentene som ble utviklet spesielt for Smart-1 var: simulatoren; en blanding av maskinvare og programvare hentet fra EGSE-utstyret for elektrisk bakkeutstyr, Mission Planning System og Automation System utviklet fra MOIS (dette siste basert på en prototype implementert for Envisat ) og en serie tekniske verktøy kalt MUST . Dette tillot sist at Smart-1-ingeniørene gjorde en unormal undersøkelse via internett, og var banebrytende for ESA-overvåking av romfartøy TLM ved hjelp av mobiltelefoner og PDAer og mottok romfartsalarmer via SMS . Mission Control Team var sammensatt av syv ingeniører i Flight Control Team FCT, en variabel gruppe mellom 2–5 Flight Dynamics ingeniører og 1–2 Data Systems ingeniører. I motsetning til de fleste ESA-oppdrag var det ingen romfartøykontrollere (SPACONs), og alle operasjoner og oppdragsplanleggingsaktiviteter ble utført av FCT. Dette konseptet oppsto overtid og nattskift i løpet av de første månedene av oppdraget, men fungerte bra under cruise og månefaser. Den største bekymringen i løpet av de første tre månedene av oppdraget var å forlate strålingsbeltene så snart som mulig for å minimere nedbrytningen av solarrayene og stjernesporings-CCD-ene.
Det første og mest kritiske problemet kom etter den første revolusjonen da en feil i den innebygde feiloppdagelses- og korreksjonsalgoritmen (EDAC) utløste en autonom bryter til den overflødige datamaskinen i hver bane som forårsaket flere omstart, og fant romfartøyet i SAFE-modus etter hver passasje i sentrum. . Analysen av romfartøyets telemetri pekte direkte på et strålingsutløst problem med EDAC-avbruddsrutinen.
Andre anomalier i denne perioden var en kombinasjon av miljøproblemer: høye stråledoser, spesielt i stjernesporere og programvareanomalier om bord: Reed Solomon-kodingen ble ødelagt etter bytte av datahastigheter og måtte deaktiveres. Det ble overvunnet av prosedyrer og endringer i tilnærmingen til bakken. Stjernesporerne ble også utsatt for hyppige hikke under jordutgangen og forårsaket noen av avbruddene i Electric Propulsion (EP). De ble alle løst med flere programvareoppdateringer.
EP viste sensitivitet for strålingsinduserende stans. Dette fenomenet identifisert som Opto-coupler Single Event Transient (OSET), opprinnelig sett i LEOP under den første avfyringen ved bruk av katode B, var preget av et raskt fall i anodestrøm som utløste alarmen 'Flame Out' bit som forårsaket nedleggelsen av EP . Problemet ble identifisert som strålingsindusert optokoblerfølsomhet. Gjenopprettingen av slike hendelser var å starte thrusteren på nytt. Dette ble gjort manuelt i flere måneder til en On Board Software Patch (OBSW) ble utviklet for å oppdage den og starte en autonom start av thrusteren. Virkningen var begrenset til beregning av baneforutsigelse som ble brukt for bakkestasjonene for å spore romfartøyet og de påfølgende korrigeringene i bane.
Den forskjellige typen avvik og de hyppige avbruddene i skyvekraften til den elektriske fremdriften førte til en økning av bakkestasjonens støtte og overtid for flyoperasjonsteamet som måtte reagere raskt. Gjenopprettingen var noen ganger tidkrevende, spesielt når romfartøyet ble funnet i SAFE-modus. Totalt sett forhindret de å kjøre operasjonene som opprinnelig planlagt, med ett pass på 8 timer hver fjerde dag.
Oppdraget forhandlet om bruk av ledig kapasitet for ESTRACK- nettverket. Dette konseptet tillot omtrent åtte ganger ekstra nettverksdekning uten ekstra kostnad, men stammer fra uventede omkostninger og konflikter. Det tillot til slutt ytterligere kontakter med romfartøyet i løpet av den tidlige fasen av oppdraget og en viktig økning av vitenskapen i månefasen. Denne fasen krevde en større omkonfigurering av de innebygde butikkene og dens drift. Denne endringen ble designet av flykontrollteamet ved ESOC og implementert av Swedish Space Corporation på kort tid som kreves for å omskrive en del av Flight Control Procedures FOP for operasjonene ved månen.
Operasjonene i løpet av månefasen blir svært automatiserte: flygedynamikken som ble pekt var "menystyrt", slik at mer enn 98% av kommandoen ble generert av Mission Planning System MPS. Utvidelsen av MPS-systemet med den såkalte MOIS Executor ble Smart-1 automatiseringssystemet. Det tillot å operere 70% av passene ubemannet mot slutten av oppdraget og tillot validering av det første operative "romfartøyautomatiseringssystemet" ved ESA.
Oppdraget oppnådde alle sine mål: å komme ut av strålingsbeltenes innflytelse 3 måneder etter lanseringen, spiral ut i løpet av 11 måneder og bli fanget av månen ved hjelp av resonanser, igangkjøring og drift av alle instrumenter under cruise-fasen og optimalisering av navigasjonen og operasjonelle prosedyrer som kreves for drift av elektrisk fremdrift. Den effektive driften av den elektriske fremdriften ved månen tillot reduksjon av orbitalradien til fordel for de vitenskapelige operasjonene og utvidet dette oppdraget med ett ekstra år.
En detaljert kronologi av operasjonshendelsene er gitt i ref.
Smart- 1 misjonsfaser
- Lanserings- og tidlig bane-fase: Lansering 27. september 2003, innledende bane 7.029 x 42263 km.
- Van Allen Belt Escape: Kontinuerlig skyvestrategi for å heve perigee-radiusen. Rømningsfase fullført innen 22. desember 2003, bane 20000 x 63427 km.
- Earth Escape Cruise: Skyv rundt perigee bare for å heve apogee-radiusen.
- Moon resonances and Capture: Banen hjelper ved hjelp av Moon resonanser. Månefangst 15. november 2004 310 000 km fra Jorden og 90 000 km fra Månen.
- Lunar Descent: Skyv brukes til å senke bane, operativ bane 2200 x 4600 km.
- Lunar Science: Inntil slutten av levetiden i september 2006, bare avbrutt av en måneds re-boost-fase i september 2005 for å optimalisere månebanen.
- Orbit re-boost: Fase i juni / juli 2006 ved bruk av holdningspropellerne for å justere innvirkningstidspunkt og tid.
- Moon Impact: Operasjoner fra juli 2006 til innvirkningen 3. september 2006.
Hele oppdragsfasene fra operasjonsperspektivet er dokumentert, inkludert ytelsen til de forskjellige delsystemene.
Se også
Referanser
- Generell
- Kaydash V., Kreslavsky M., Shkuratov Yu., Gerasimenko S., Pinet P., Chevrel S., Josset J.-L., Beauvivre S., Almeida M., Foing B. (2007). "FOTOMETRISK KARAKTERISERING AV VALGTE LUNARSTEDER AV SMART-1 AMIE DATA". Lunar Planetary Science, XXXVIII, abstrakt 1535, [2] .
