基本介紹
- 中文名：SMART-1
- 類型：月球探測器
- 隸屬：歐洲航天局
- 執行任務時間：2006年9月3日
- 造價：1億1000萬歐元
- 成就：為撞月球提供經驗
簡介,飛行器設計,能源利用,任務,飛行,貢獻和成就,重要事件與發現,撞月意義,目的,三大成就,成就一,成就二,成就三,撞擊月球,撞擊區域,
簡介
Smart 1或SMART-1是一個藉助太陽能離子推進器進入月球軌道的環月人造衛星。'"SMART'"是用於先進技術研究的小型任務（Small Missions for Advanced Research in Technology）的縮寫。（LISA Pathfinder是SMART-2的另一個名字，SMART-1發射於2003年，是歐洲第一個飛向月球的太空飛船。2006年9月3日，格林尼治時間5點42分，在科學家的控制下，準時對月球進行了撞擊試驗，完成其最終使命。
飛行器設計
SMART-1是一個輕量級的探測器（發射時重815磅/367千克，消耗燃料後減少至287千克），橫斷面只有1米（大約3英尺）. 總共造價也很低： 只有1億1000萬歐元（1億2600萬美元）. SMART-1是歐洲航天局關於建造比類似美國NASA但更小更便宜的太空飛船計畫的一部分。
其太陽能離子推進器 （太陽電力主推進器，SEPP）是一個霍爾效應推進器（PPS-1350）. 其設計使得能夠產生的動力比起傳統化學燃料火箭更為持久。隨身攜帶的化學燃料儲備只有惰性的氙60升（大約16美加侖），總重量為80千克. 推進器使用使用電磁場噴射出高速氙離子。
準確的推動力是16100m/s（排氣速率）或1640秒， 這已經是化學火箭最大值的三倍。因為一千克化學燃料（占火箭重量的1/350至1/300）產生的ΔV只接近45m/s。
歐洲SMART-1號月球探測器大量採用模組化、通用化設計和商用現貨軟硬體研製而成的“智慧—1號”探測器，是一個小型化太空飛行器的傑作。它的起飛質量為370公斤，在太空展開後，其外形呈現為長1570厘米、寬115厘米、高104厘米的立方體，太陽能帆板翼展為14米，提供的電力為1.9千瓦。整個造價約為1.08億美元的“智慧—1號”，其有效載荷質量雖然僅為19公斤，但卻包括用於完成10多項技術試驗和科學研究的儀器設備。
能源利用
SMART-1號是世界上第一個採用太陽能離子發動機作為主要推進系統的探測器，該發動機利用探測器自身太陽能帆板產生的帶電粒子束作為動力。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75公斤的惰性氣體燃料氙，燃料利用的效率比傳統化學燃料發動機高10倍。
太陽能電漿發動機屬於太陽能電火箭發動機的一種，因此又將其稱為電火箭。它是正在發展中的新技術，屬於非常規推進系統。“智慧—1號”上採用的這種新型動力裝置，利用高效砷化鎵太陽能帆板把太陽光能轉換成電能，並通過特設結構使部分電能產生電磁場；同時利用稀有惰性氣體氙氣作為工作介質。該新型動力裝置在太空飛行器上還是首次使用，它比通常使用的化學火箭的效率要高出10倍，且需工作介質較少，可使太空飛行器攜帶更多的有效載荷。由於太陽能是用之不竭的再生能源，因此它能在太空無重力狀態下連續工作幾年時間。
這種動力裝置的缺點是產生的推力很小，加速很慢，只能給“智慧—1號”提供0.2毫米/平方秒的加速度。
任務
作為"用於先進技術研究的小型任務"計畫的一部分，SMART-1將會測試新的太空飛行技術. SMART-1主要目的是測試太陽能離子推進器. 它也將測試小型科學設備的使用，這些設備可能更為有效. 如果成功，這些技術將會在將來的ESA任務中使用.
任務的第二個目標是獲取關於月球的更多信息，例如其是如何形成的這類問題. SMART-1將會對月球表面進行X射線和紅外線遙感採樣繪製地圖，從不同的角度拍摂圖片並依此即可建立月球表面地圖的三維模型. 它還將使用X射線分光鏡決定月球的化學組成. 一個特別的目標是使用紅外線搜尋月球南極固態水的存在，那裡從未被太陽輻射直接照射過. 它也將對月球的Peak of Eternal Light進行地圖採樣，該地形的山頂永久性的曝露在太陽輻射之下，而周遭的環形山則永遠出於陰影中. 2003年9月27日，歐洲航天局利用“阿麗亞娜”5G型火箭將SMART-1號探測器送入太空。2004年11月15日到月球上空的近月軌道。經過精確的位置調整和運作後，SMART-1進入到距離月球表面470公里到2900公里的最終軌道，並在這一軌道上進行大量科學試驗。
“智慧—1號”的首要任務是驗證新型推進系統，其次才是探測和研究月球。所謂驗證新型推進系統，就是測試為“智慧—1號”提供飛行動力的太陽能電漿發動機的技術性能和工作可靠性。
科學家們通過探測器上攜帶的X射線光譜儀等設備，詳細繪製了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，探尋小行星45億萬年前撞擊地球產生月球的過程。SMART-1的另外一項任務是對月球是否存在水資源進行探測，其中對月球表面最有可能存在水的兩極凍土區域進行了重點探測。
SMART-1號探測器出色完成了自己的探月使命，歐洲航天局決定將其剩餘燃料用於完成最後的撞擊任務。
2006年9月3日13時51分訊息，歐洲宇航局宣布，格林威治時間9月3日5時42分22秒（台北時間13時42分22秒），歐洲探測器SMART-1號成功撞擊月球。歐洲航天局估計，撞地的地點在月球的西經46.2度、南緯34.4度。
飛行
SMART-1在2003年9月27日與INSAT-3E以及e-BIRD使用Ariane-5型火箭在法屬蓋亞那的Kourou一起發射升空. 其發射後42分鐘即進入654 x 35 885 km的離地靜止軌道. 在那裡，SMART-1將在13個月中使用SEPP逐漸螺旋脫離. 2004年11月11日它穿過拉格朗日點 L1並且進入月球重力影響區域，在UT時間11月15日1748其穿越了月球軌道的第一個近月點.
歐洲航天局於2005年2月15日宣布，已經批准了關於延長一年SMART-1的使命到2006年8月的提案。
貢獻和成就
SMART-1是歐洲人的驕傲。它實現了很多世界第一，為歐洲乃至全世界的科學家提供了大量新的數據，為人類了解月球起源和探索宇宙作出了很大的貢獻。這個僅僅重約366公斤，1立方米大小的探測器“小巧”的身軀內容納了大量高科技設備，也的確名副其實。以其離子發動機為例，拋棄了短時間內能量巨大的傳統太空燃料，使用噴射出離子的方式來推動飛行器，而點燃發動機的也是相對溫柔的“太陽能”，其推動力僅僅相當於托起一張明信片。此外，“智慧型1號”上裝備了高清晰度微型攝像機、紅外線及X射線分光計等最新探測設備，這些設備自月球軌道拍攝並傳回了月球表面的2萬多張圖像，其清晰程度前所未有，X射線分光計也幫助科學家第一次獲得了月球表面包括鈣和鎂在內的一些化學元素的含量數據。
“智慧型1號”長時間環繞月球極地軌道飛行，繪製了月球表面的整體外貌圖，其中包括過去人們缺乏了解的月球不可觀測面和極地概貌。“智慧型1 號”不但讓科學界第一次發現月球極地與赤道區域的許多不同地質構造，也讓人類第一次發現在接近月球北極存在一個“日不落”區域，這個區域甚至在冬季都始終有陽光照耀。
2003年9月，“智慧型1號”在法屬蓋亞那的歐洲航天局發射中心被阿麗亞娜5型運載火箭帶入太空，並進入一個橢圓形的軌道圍繞地球飛行。隨後其先進的太陽能電力推進系統點火，噴射出氙離子流，從而沿螺旋形軌道逐步增加其與地球之間的距離，雖然這種前進方式，使原來地月間38萬多公里路程增加到1億公里，並且花費了十幾個月，但旅途中它僅僅消耗了60升的燃料———氙。這種新的太空旅行理念通過SMART—1成為了現實，從此揭開了人類探索太空新的篇章。
重要事件與發現
* 2004年6月17日： SMART-1使用傳回了對地球照下的測試圖像，該相機將用於對月球的近距離拍照. 這張地球照片顯示了歐洲和非洲的部分. 它是在5月21日使用AMIE相機照下的，AMIE是一個重量只有450克的圖像設備.
* 2004年11月2日：繞行地球軌道的最後一個近地點.
* 2004年11月15日：繞行月球軌道的第一個近月點.
* 2005年1月26日：發回月球表面第一個近距離圖像.
* 2005年2月27日：達到最終的環月軌道，軌道周期為5小時。
* 2006年9月3日：對月球表面進行了撞擊，完成其最終使命。
撞月意義
此次撞擊意義非常重大，它直接奏響了人類新一輪探月高潮的前奏。
月球是離我們最近的星球，與地球的關係非常密切，關於月球的起源一直是人類不斷探討的話題之一。繼1969年阿波羅號登月後，人類正在掀起探測月球的第二次高潮，按照計畫，中國也將派飛船探測月球。而此次歐洲探測器的撞擊月球則可以說是這個高潮的前奏。
新一輪探月熱潮的掀起將有三方面的意義：首先，新一輪探測將有望進一步確認月球的起源。通過第一輪的探測，人類對月球的形成已經有了新的看法，認為月球是46億年前，一個類似火星大小的天體與地球相撞濺射出的物質圍繞地球旋轉聚集而成。然而，這還只是一個假說，需要經過人類的進一步探索來驗證。
SMART-1
SMART-1其次，月球上有著豐富的資源，如氦山，這些正是人類所急需的。新一輪探月有助於人類未來對這些資源的開採和利用。
第三，月球將會成為人類新的科學基地，其中包括設立月球天文台，這是由於月球上有著地球表面所不具備的觀測條件，新一輪探月將幫助人類實現這些願望。
隨著科學技術的進步，撞擊天體，取回天體內部的物質研究，從而探索該天體的成因和成分，這一辦法已經成為人類探索宇宙未知世界比較好的選擇。與去年7 月人類“炮轟”彗星的壯舉相比，此次歐洲探測器撞擊月球規模小了不少，但這並不影響撞擊的意義。
目的
作為“用於先進技術研究的小型任務”計畫的一部分，SMART-1將會測試新的太空飛行技術。SMART-1主要目的是測試太陽能離子推進器。它也將測試小型科學設備的使用，這些設備可能更為有效。如果成功，這些技術將會在將來的ESA任務中使用。
第二個目標是獲取關於月球的更多信息，例如其是如何形成的這類問題。SMART-1將會對月球表面進行X射線和紅外線遙感採樣繪製地圖，從不同的角度拍摂圖片並依此即可建立月球表面地圖的三維模型。它還將使用X射線分光鏡決定月球的化學組成。一個特別的目標是使用紅外線搜尋月球南極固態水的存在，那裡從未被太陽輻射直接照射過。它也將對月球的Peak of Eternal Light進行地圖採樣，該地形的山頂永久性的曝露在太陽輻射之下，而周遭的環形山則永遠處於陰影中。
SMART-1在2003年9月27日與INSAT-3E以及e-BIRD使用Ariane-5型火箭在法屬蓋亞那的Kourou一起發射升空。其發射後42分鐘即進入654 x 35 885 km的離地靜止軌道。在那裡，SMART-1將在13個月中使用SEPP逐漸螺旋脫離。2004年11月11日它穿過拉格朗日點 L1並且進入月球重力影響區域，在UT時間11月15日1748其穿越了月球軌道的第一個近月點。
歐洲空間局於2005年2月15日宣布，已經批准了關於延長一年SMART-1的使命到2006年8月的提案。
三大成就
成就一
科學家、工程師和操作人員2006年9月2 日夜晚至3 日晨一直守候在德國達姆施泰特歐洲航天控制中心，目睹了“SMART-1”的最後時刻。當操作人員宣布“我們已經著陸”時，控制中心大廳內一片掌聲。
歐洲航天局說，“SMART-1”撞擊月球表面時，進入角度大約為1 度，速度大約為每秒2 公里。撞擊時間和地點事先都經細緻計畫，為的是便於地面觀測者通過望遠鏡觀察撞擊過程。全球職業和業餘天文學家這次均獲良機目擊撞擊過程，由地面觀測者採集的數據和撞擊圖像將在未來幾日提供給世人。
在過去16個月中，“SMART-1”使用高清晰度微型攝像機、紅外線及X 射線分光計等最新探測設備，從月球軌道拍攝並傳回了月球表面的2 萬多張圖像，清晰程度前所未有。
負責“SMART-1”探險任務的科學家伯納德。富萬說，X 射線分光計和紅外線幫助科學家第一次獲得月球表面鈣和鎂等化學元素的含量數據，描繪出了月球元素和礦物分布的最詳細地圖。
他說，“SMART-1”還觀察了神秘的月球極點，並調查了未來值得探索的區域。如果月球極點像一些科學家們所希望那樣存在固態水的話，那么人類未來開發月球將擁有極端重要的生存條件。
“SMART-1的測量還為有關月球生成和進化的理論收集了證據，”富萬說，大多數月球研究者認為，月球是在45億年前由一個火星大小的小行星撞擊地球後形成的。但這一理論尚有諸多未明之處，例如月球大部分物質來自兩個相撞星球中哪一個。
成就二
離子發動機省能耗
早在“SMART-1”按計畫順利撞擊月球之前，科學家們已經在慶祝一項重要成就，即太陽能離子發動機試驗成功。這並非人類首次在太空探險中使用離子發動機，首先使用這一技術的是美國航空和航天局“深空1 號”彗星探測器。
為了這一試驗，與“深空1 號”的直線航行軌道不同，歐洲科學家們讓“SMART-1”“捨近求遠”，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重力所“捕獲”。英國《自然》周刊說，上述過程耗時14個月，航行8400萬公里，而地球到月球的直線距離只有38萬公里，1969年美國“阿波羅11號”飛船完成地球到月球的旅程只用了76小時。
好的一點是，“SMART-1”飛了這么久、這么遠，只消耗了大約70公斤燃料，大約為使用化學燃料發動機的傳統太空飛行器所需燃料的1/10.
“SMART-1”使用氙氣燃料。太陽能離子發動機可將太陽能轉化為電能，再通過電能電離惰性氣體原子，從尾部噴射出高速氙離子流，從而為探測器提供動力，從外表看上去，“智慧型1 號”噴出的是鬼火般的藍色光。
SMART-1
SMART-1不過，操作離子發動機比化學液體發動機更複雜。傳統燃料太空飛行器在升空之後不需要不斷調整角度和方向，離子發動機由於一直處於推進過程，必須隨時監控和校正。這1 年多時間裡，德國達姆施泰特地面控制中心的科學家們已經熟練掌握這些技術。
成就三
為撞月球提供經驗
富萬在接受美國 網站採訪時說，“SMART-1”是即將升空的一系列月球探測器的先驅。他指出，2006年7 月，第八屆國際月球探測與利用大會發表《北京宣言》 ，宣言中要求各國應從頭至尾記錄探月行動計畫，併合作在太空和地面觀測月球撞擊，因此“我們將向其他人傳遞經驗”。
“SMART-1”探險期間，歐洲航天局邀請其他多個國家準備對月球展開“撞擊行動”的科學家加入其中，向他們提供經驗，比如準備於2008年10月升空的美國航空和航天局“LCROSS ”探測器，這一探測器將分兩次撞擊月球南極，希望能找到那裡有水和其他化合物的痕跡。
在技術層面，“SMART-1”也是未來太空任務的先鋒，“SMART-1”運行總管奧克塔維奧。卡米諾- 拉莫斯說，“SMART-1”給科學家們留下寶貴經驗，這次“探險”好比引導一艘小帆船去經受旋風和暗流的考驗，但它經受住了考驗。
“我們已經顯示離子發動機可行，”卡米諾說，離子發動機將成為未來10年中歐洲航天局執行另兩項太空探險任務時的選擇，即探索水星的“BepiColombo ”探測器和近距離環繞太陽飛行的“Solar Orbiter ”探測器。預計於2013年發射的“BepiColombo ”探測器將先使用傳統推動裝置迅速衝出地球軌道，然後再用離子發動機推動奔向目標。
SMART-1
SMART-1同時，卡米諾說，這一推進技術還可用於建造飛往月球的大型貨運太空飛行器，以在月球建立首個永久性基地，或者用於首次載人火星飛行。
除此之外，“SMART-1”的創新還包括一套全新通訊系統、新一代太陽能電池板和一套感測和掃描設備。這套感測和掃描設備簡直是“小型化技術的奇蹟”，7 件設備總重量只有19公斤。其中的分光計將直接使印度太空探險活動受益，印度計畫於2007年或2008年開始的Chandrayaan-1無人探月飛行計畫將使用這種設備。
當然，“SMART-1”還有一項無法估量的影響，即重新點燃了人們探索月球奧秘的熱情，其中部分原因在於“智慧型1 號”探險相對低廉的成本，它的造價只有1.1 億歐元（約1.4 億美元）。
“就歐洲航天局的項目來說，SMART-1代表了一個巨大成功，從技術和科學角度看，都有非常好的投資回報，”歐洲航天局科學主管戴維。索思伍德說，“看來，從現在起，地球上的每個人都將計畫前往月球了，進一步的科學探險行動將從這個小太空飛行器的技術和操控經驗中受益良多，同時SMART-1收集的科學數據已經在幫助我們更新對月球的現有認識。”
撞擊月球
格林威治時間2006年9月3日5 時42分22秒（北京時間13時42分22秒），歐洲探測器SMART-1 號成功撞擊月球。
SMART-1
SMART-1歐洲航天局估計，撞地的地點在月球的西經46.2度、南緯34.4度。歐洲航天局隨後將公布更多的關於這次撞擊月球行動的信息。
歐洲宇航局官員稱，SMART-1 號是準時撞擊月球表面，激起了大量的月球塵埃，接下來科學家將通過分析塵埃成分來解釋月球起源。
SMART-1 號是歐洲首顆月球探測器，2003年9 月發射升空，2004年11月抵達月球上空的近月軌道。此後，SMART-1 號進入到距離月球表面470 公里到2900公里的最終軌道，並在這一軌道上進行了大量科學試驗。
關於月球起源是個十分古老的問題，傳統的說法是同源說、分裂說和俘獲說。80年代中期，一位美國天文學家提出了一個嶄新的假說。該假說認為，在太陽系形成早期，大約45億年前，一個火星大小的天體撞擊地球，產生的部分碎片形成月球，但這也僅限於推測。
SMART-1
SMART-1面對幾種學說的爭議，科學家希望通過測量月球成分得到答案，科學家和廣大天文學者都期待“Smart-1 ”的撞擊能揭開這個謎團。
撞擊區域
SMART-1發回最後一組照片：自己的“墓地”（紅色標記處）
歐洲航天局SMART-1 探測器上高級月球成像實驗照相機（AMIE）所抓拍的照片顯示了SMART-1 在月球上的撞擊區——SMART-1 自己的“墓地”，這也是SMART-1 號發回的最後一組照片。
高級月球成像實驗照相機是於2006年8 月19日從距月球表面相對高處（1200公里）拍攝到的這組照片的，這一地點遠離SMART-1 近月點，或最接近月球的地點。所用攝像設備的地面解析度達到每像素120 米。這組照片的位置靠近月球左側的中南緯度，屬於所謂的“卓越湖。”為拍攝這些照片，SMART-1 必須傾斜20度，以獲得更大範圍的地面覆蓋率以及多角度的圖片，每一面的覆蓋區域大約60公里。
SMART-1 將從北向南飛行，在到達名義近月點（位於撞擊位置南側）之前，它將會需要46秒或飛行90公里的距離撞擊月球表面。這是因探測器飛經最後一條軌道和撞擊區域地形所決定的。根據對現有地圖和地形的估算，SMART-1 將以與月球表面幾乎平行的一度角撞擊月球。
SMART-1
SMART-1SMART-1 預計將於2006年9 月3 日CEST時間7 時42分20秒（格林尼治時間5 時42分20秒，台北時間13時42分20秒）撞擊月球，撞擊點位於西經46.2度，南緯33.3度。在CEST2 時37分（格林威治時間零點37分），探測器應該會飛經近月點。到那時，它將越過Clausius坑（直徑25公里、深2.5 公里），在“卓越湖”火山平原上空約800 米處。
根據這些來自SMART-1 的圖片，Clausius坑邊緣顯得很低，且遭到腐蝕，或許處於SMART-1 最後一個近月點以下。歐洲航天局Smart-1 探月項目科學家伯納德。弗因說：“如果SMART-1 安全經過Clausius坑邊緣，它將進行最後一圈月球軌道之旅，接著走向死亡。”
