小型先進技術研究任務-1(Small Missions for Advanced Research in Technology-1，SMART-1)是ESA首個月球探測器(見圖5-67)，也稱靈巧-1，於2003年9月27日用阿里安-5運載火箭從法屬蓋亞那庫魯航天發射中心發射。任務目標是驗證太陽能電推進技術；研究月面化學成分；探測月球極區的水冰；繪製月球礦物圖；測繪月面地形；監測太陽X射線和陽光變化；近距離觀測太陽風對月球的影響等。
SMART-1的創新之處在於其主推力系統採用了太陽能電推進技術。探測器於2004年11月15日進入月球軌道，完成探測和實驗任務後，於2006年9月3日撞擊月球。
基本介紹
- 中文名：小型先進技術研究任務-1探測器
- 外文名：Small Missions for Advanced Research in Technology-1，SMART-1
- 所屬：歐洲
- 發射時間：2003年
- 運載器：阿里安-5運載火箭
- 主要功能：月球探測
衛星概況,主要性能參數,有效載荷,探測器特點,動力特點,軌道特點,探測器任務,撞擊月球,
衛星概況
歐空局2003年9月27日在法屬蓋亞那庫魯航天發射場使用阿里安5運載火箭發射了“小型先進技術研究任務”(SMART)1月球探測器。這是人類進入21世紀以來進行的第一次探月活動。
月球是離我們最近的星球，也是地球唯一的天然衛星，曾引發人類的無盡遐想。航天技術的出現，為人類認識和開發月球提供了有效的手段。從20世紀50年代末開始，美國和前蘇聯展開了以探月為中心的空間競賽。通過這些探月活動，人類對月球的表面形態、礦物分布和月球附近的空間環境有了基本的了解。但是，這些探月活動主要是在20世紀60-70年代之間進行的。限於當時的技術水平，人們對月球的了解仍有很大的局限性。
1994年和1998年，美國又分別向月球發射了兩顆小型探測器“克萊門蒂娜”和“勘月者”，取得了豐碩成果。此後，一些國家和機構紛紛提出要發射自己的月球探測器，探月再度成為各個國家和機構追逐的目標。近年來提出探月的國家和機構包括歐空局、日本、中國和印度。美國航宇局也聲稱不久將重返月球，甚至還有一家美國公司計畫在近期發射月球探測器。而在這新一輪的探月競賽中，首先出發的便是歐空局的SMART-1。
SMART計畫是歐空局制定的高技術試驗計畫之一，主要目的是驗證未來深空探測需要採用的一些新技術，如太陽能電火箭、深空無線電通信、雷射通信和新型探測儀器等。
SMART-1是該計畫中的第一項任務，也是歐空局首次探測月球。
SMART-1的發射過程分4個階段:首先由阿里安5火箭送入地球同步轉移軌道(同時發射的還有2顆大型通信衛星)，然後用大約16個月的時間使用太陽能電火箭由地球同步轉移軌道到達月球附近，隨後進入橢圓形月球軌道(近月點300公里，遠月點10000公里)，最後對月球進行至少6個月的探測。
主要性能參數
SMART-1的主結構為1m3的立方體，發射質量366.5kg，乾質量287kg，中央設備板上裝有大部分探測器單元。主體內裝有氙燃料貯箱，容量49L，發射時攜帶氙82.5kg：雙太陽翼，太陽翼翼展14m，太陽翼壽命初期功率1850W，蓄電池能滿足最長2.1h星食期的探測器功率需求。探測器的主推進由霍爾效應推力器完成，該電推進系統裝有軟體控制的機構，用於改變推力矢量。姿態控制通過肼推力器和反作用輪完成，姿態信息通過太陽敏感器、陀螺儀和星跟蹤器獲得指令與數據處理採用冷備份，裝有自主故障檢測、隔離和恢復(FDIR)軟體處理單個故障。探測器每4d進行1次地面指令上傳.探測器上的軟體高度自主，使探測器能在無地面聯絡時持續進行10d的操作。探測器可在安全模式下生存2個月以上。
有效載荷
SMART-1攜帶的有效載荷見下表。
| 儀器名稱 | 目的 | 主要任務 |
|---|---|---|
電推進診斷組件(EPDP) | 新技術試驗 | 監測推進系統的工作及其對太空飛行器的影響 |
太空飛行器電勢、電子與塵埃實驗件(SPEDE) | 監測推進系統對電子通量、電場和太空飛行器電勢的影響，研究地-月空間的帶電環境 | |
深空X/Ka波段測控試驗件(KATE ) | 試驗地球與高速飛行的太空飛行器之間的下一代無線電通信技 | |
SMART-1射電科學研究(RSIS) | 利用都卜勒效應觀測速度是如何改變無線電脈衝波長的 | |
雷射通信 | 試驗地球與遙遠太空飛行器之間的雷射通信技術 | |
星上自主導航試驗件(OBAN) | 試驗太空飛行器自主導航計算機技術 | |
小行星與月球微型成像儀實驗件(AMIE) | 月球和太陽觀測 | 在可見光和近紅外譜段測繪月面地形 |
SMART-1紅外光譜儀(SIR) | 尋找水冰，繪製月球礦產圖 | |
小型成像X射線光譜儀驗證裝置(DCIXS) | 研究月球表面主要化學成分 | |
X射線太陽監測儀(XSM) | 監測太陽X射線和太陽光變化情況 | |
RSIS | 驗證測量行星及其衛星旋轉情況的新方法 | |
SPEDE | 近距離觀測太陽風對月球的影響 |
探測器特點
SMART- 1是由瑞士空間公司製造的歐洲首枚月球探測器.探測器全部由成本低、小型化的尖端部件構成,重量僅為367kg,體積1m3,兩個太陽能電池板伸長後長約14m,造價約合1.4億美元.
動力特點
SMART- 1是首枚採用太陽能離子發動機作為主要推進系統的歐洲探測器.該發動機利用探測器自身的太陽能帆板所產生的電流噴射持續的帶電粒子束———高速離子化重氣體原子來產生動力.運用離子推進技術的發動機,從離開地球到最終到達觀測軌道,一共只消耗了75kg的惰性氣體燃料———氙,燃料利用的效率比傳統化學燃料發動機高10倍.這樣既可以節約能源,又可在減少衛星攜帶燃料的同時相應增加所攜科研設備的質量.雖然產生的動力不夠強勁,但它可以連續多年給飛行器提供動力,滿足其在太空深處進行長期探測的需求.同時,推力小可以更精確地控制探測器飛行狀態,使其能更準確精細地觀測月球.
軌道特點
月球探測器SMART-1,2003年9月27日搭乘阿麗亞娜5G型火箭開始了其星際之旅,2005年3月4日,利用該公司生產的特殊的、新型的電子推動系統作為動力裝置,先進入地球同步軌道,隨後點燃離子推進器,逐步擴大其環繞地球飛行的橢圓形軌道直至其被月球引力所俘獲,在經過17個月漫長的星際旅程之後,終於到達了最終的繞月軌道.於年底到達月球上空的近月軌道.之後經過精確調整和運作後,SMART- 1終於於日前進入了距離月球表面470 km到2900km的最終軌道,在這個軌道上,探測器能夠更清楚地觀測月球.
探測器任務
(1 )"SMART-1”號月球探測器主要任務是測試新型探測設備和“離子推進”引擎的性能，分析檢測月球表面物質的化學成分，以探索月球的起源.希望能找到哪裡有水和其他化合物的痕跡.
(2 )SMART-1月球探測器抵達最終軌道後將開始對月球進行詳盡的探測，科學家可通過SMART- 1探測器上的X射線光譜儀等設備所探測和提供的數據、照片繪製月球表面地形地貌圖和礦物分布圖，研究其表面岩石的化學成分，探求月球的構成，探尋月球的起源.其中最為引人關注的是對月球是否存在水資源的探測.
(3 )SMART-1將運用紅外光譜儀對月球表面最有可能存在水的兩極凍土區域進行重點探測，希望能解答人類一直關注的這一熱點問題.
(4)是歐洲空間局為了測試未來衛星新技術的“尖端技術研究小型任務”系列計畫中的第1項研究任務.
(5)它配備了高清晰度微型攝影機、紅外線及X射線分光器(D-CIXS)等最新探測設備，X射線分光器則讓科學家首次取得月表鈣、鎂等化學元素的含量資料.
(6)發現月球日不落區.1號環繞月球極地軌道飛行了2000多圈，繪製了月表整體外貌圖，其中包括過去人們不甚了解的月球背面和極地概貌.
(7)通過一系列實驗，為人類打開新一輪探月熱潮.
撞擊月球
(1)時間
月球探測器“SMART- 1”號將結束其使命,並計畫於9月3日撞擊月球(具體於13時42分22秒撞擊月球表面).
(2)現象
探測器最終將以大約1°的極小角度撞向月球,並在月球表面滑行一小段,以揚起塵埃,就宛如“蝴蝶的翅膀”一樣.天文學家將利用多個地面天文台研究碰撞,如果撞擊產生的碎片飛起高度達20 km,運氣好的天文愛好者甚至可以用雙眼看到月球表面升起的一片塵雲.遺憾的是,由於撞擊時間發生在我國的白天時間,因此我們不能直接看到.探測器將會在月球表面撞出一個直徑3～ 10 m的坑.數天后,天文學家預想,噴出物覆蓋月球表面的面積約達1km2.
(3)意義
①將幫助科學家進一步了解月球的演化歷史.對各種觀測結果的分析將有助於科學家進一步了解月球演化史,並確定月球最初形成是否是由一個相當於火星大小的星球撞擊地球,碎片噴入太空所致.
② SMART是英文Small Mission for Advanced Researchin Techology的縮寫,可譯為“小型先進技術研究任務”.“智慧型1號”還測試了用於太空飛行器上的未來外層空間通訊技術,使用這一技術可以達到太空飛行器的自動導航目的,以及一些微型化科學儀器,通過可見光、紅外線和X射線來檢測星球的表面情況,這些設備都在此次的探月任務中得到了套用.
③月球探測本身來說,“智慧型1號”探測器主要對過去月球上所受到的撞擊進行了研究.此前計畫對月球近軌探測的時間為4個月,而實際卻進行了16個月,“智慧型1號”上的照相設備對月球上大大小小的隕坑進行了大量的記錄,並形成了一個巨大的隕坑圖像庫.此前對月球的兩極的精確資料不是十分完整,通過此次的探測,進行了大量的補充.探測器上的紅外設備通過對隕坑的不同部分的測量以及光譜對比,對月球表面的土壤成分改變情況有了更好的了解,在撞擊過程中還將對月表土壤的組成進一步分析.
④在撞月之前,探測器會提供月球表面風光的新圖片.在探測器接近月球的過程中,其攜帶的攝像機將能夠以“斜視”的角度拍攝某些月球表面區域的照片.因此“智慧型1號”將使人類獲得月球表面該區域的三維圖像.此外,探測器攜帶的紅外線及X射線分光計等設備也將有機會以前所未有的近距離視野對月球表面進行觀測,獲得寶貴數據.
⑤探測器還會濺起月球表面的岩石塵埃,形成大約5km寬的塵埃帶.塵埃帶將會持續5～ 10 min.屆時地球上的科學家將能藉助高精度望遠鏡等觀測設備對此進行觀測.通過對“蝴蝶的翅膀”的形態和運動進行光譜分析,科學家有望檢測到一些原先在月球表面之下的物質.
