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SMART-1号月球探测器

又称“智能一号”

SMART-1号月球探测器,是欧洲航天局的第一个月球探测器,也是欧洲航天局“尖端技术研究小型任务”系列计划中的第一项研究项目。欧洲航天局用“SMART”为探测器命名,主要是因为该探测器执行的任务虽小,但研究的却全部都是目前最为尖端的技术。2006年9月3日13时42分22秒,SMART-1号受控撞击月球,完成其最终使命。

名称SMART-1号月球探测器又名智能一号探测器
研制组织欧洲航天局发射时间2003年9月27日
发射场圭亚那太空中心运载工具阿丽亚娜五号
硬着陆时间2006年9月3日13时42分22秒硬着陆地点西经46.2度、南纬34.4度

探测器简介

SMART-1号是欧洲航天局的首个月球探测器,也是欧洲航天局“尖端技术研究小型任务”系列计划中的第一项研究项目。欧洲航天局用“SMART”为探测器命名,主要是因为该探测器执行的任务虽小,但研究的却全部都是目前最为尖端的技术。

SMART-1号还是世界上第一个采用太阳能离子发动机作为主要推进系统的探测器,该发动机利用探测器自身太阳能帆板产生的带电粒子束作为动力。运用离子推进技术的发动机,从离开地球到最终到达观测轨道,一共只消耗了75公斤的惰性气体燃料氙,燃料利用的效率比传统化学燃料发动机高10倍。

探测任务

科学家们通过探测器上携带的X射线光谱仪等设备,详细绘制了月球表面地形地貌图和矿物分布图,研究其表面岩石的化学成分,探寻小行星45亿万年前撞击地球产生月球的过程。SMART-1的另外一项任务是对月球是否存在水资源进行探测,其中对月球表面最有可能存在水的两极冻土区域进行了重点探测。

探测器设计

SMART-1号探测器的起飞质量为370公斤,在太空展开后,其外形呈现为长1570厘米、宽115厘米、高104厘米的立方体,太阳能帆板翼展为14米,提供的电力为1.9千瓦。整个造价约为1.08亿美元的SMART-1号,其有效载荷质量虽然仅为19公斤,但却包括用于完成10多项技术试验和科学研究的仪器设备。

SMART-1号是一个轻量级的探测器(发射时重367千克,消耗燃料后减少至287千克),横断面只有1米,总共造价也很低:只有1亿1000万欧元(1亿2600万美元),SMART-1号是欧洲航天局关于建造比类似美国航空航天局但更小更便宜的探测器计划的一部分。

其太阳能离子推进器(太阳电力主推进器,SEPP)是一个霍尔效应推进器(PPS-1350),其设计使得能够产生的动力比起传统化学燃料火箭更为持久。随身携带的化学燃料储备只有惰性的氙60升(大约16美加仑),总重量为80千克,推进器使用使用电磁场喷射出高速氙离子。

准确的推动力是16100m/s(排气速率)或1640秒,这已经是化学火箭最大值的三倍。因为一千克化学燃料(占火箭重量的1/350至1/300)产生的ΔV只接近45m/s。

SMART-1号月球探测器大量采用模块化、通用化设计和商用现货软硬件研制而成的“智慧-1号”探测器,是一个小型化航天器的杰作。SMART-1号的起飞质量为370公斤,在太空展开后,其外形呈现为长1570厘米、宽115厘米、高104厘米的立方体,太阳能帆板翼展为14米,提供的电力为1.9千瓦。整个造价约为1.08亿美元的“智慧-1号”,其有效载荷质量虽然仅为19公斤,但却包括用于完成10多项技术试验和科学研究的仪器设备。

发射情况

2003年9月27日,欧洲航天局在圭亚那太空中心,使用阿丽亚娜五号运载火箭将SMART-1号探测器送入太空。2004年11月15日,SMART-1号进入月球上空的近月轨道。经过精确的位置调整和运作后,SMART-1进入到距离月球表面470公里到2900公里的最终轨道,并在这一轨道上进行大量科学试验。

科学成就

成就一

科学家、工程师和操作人员2006年9月2日夜晚至3日晨一直守候在德国达姆施泰特欧洲航天控制中心,目睹了SMART-1号的最后时刻。当操作人员宣布“我们已经着陆”时,控制中心大厅内一片掌声。

欧洲航天局说,SMART-1号撞击月球表面时,进入角度大约为1度,速度大约为每秒2公里。撞击时间和地点事先都经细致计划,为的是便于地面观测者通过望远镜观察撞击过程。全球职业和业余天文学家这次均获良机目击撞击过程,由地面观测者采集的数据和撞击图像将在未来几日提供给世人。

在过去16个月中,SMART-1号使用高清晰度微型摄像机、红外线及X射线分光计等最新探测设备,从月球轨道拍摄并传回了月球表面的2万多张图像,清晰程度前所未有。

负责SMART-1号探险任务的科学家伯纳德。富万说,X射线分光计和红外线帮助科学家第一次获得月球表面钙和镁等化学元素的含量数据,描绘出了月球元素和矿物分布的最详细地图。

他说,SMART-1号还观察了神秘的月球极点,并调查了未来值得探索的区域。如果月球极点像一些科学家们所希望那样存在固态水的话,那么人类未来开发月球将拥有极端重要的生存条件。

“SMART-1的测量还为有关月球生成和进化的理论收集了证据”富万说,大多数月球研究者认为,月球是在45亿年前由一个火星大小的小行星撞击地球后形成的。但这一理论尚有诸多未明之处,例如月球大部分物质来自两个相撞星球中哪一个。

成就二:离子发动机省能耗

早在SMART-1号按计划顺利撞击月球之前,科学家们已经在庆祝一项重要成就,即太阳能离子发动机试验成功。这并非人类首次在太空探险中使用离子发动机,首先使用这一技术的是美国航空和航天局“深空1号”彗星探测器。

为了这一试验,与“深空1号”的直线航行轨道不同,欧洲科学家们让SMART-1号“舍近求远”,先进入地球同步轨道,随后点燃离子推进器,逐步扩大其环绕地球飞行的椭圆形轨道直至其被月球重力所“捕获”。英国《自然》周刊说,上述过程耗时14个月,航行8400万公里,而地球到月球的直线距离只有38万公里,1969年美国阿波罗11号飞船完成地球到月球的旅程只用了76小时。

好的一点是,SMART-1号飞了这么久、这么远,只消耗了大约70公斤燃料,大约为使用化学燃料发动机的传统航天器所需燃料的1/10。

SMART-1号使用氙气燃料。太阳能离子发动机可将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体原子,从尾部喷射出高速氙离子流,从而为探测器提供动力,从外表看上去,“智能1号”喷出的是鬼火般的蓝色光。

不过,操作离子发动机比化学液体发动机更复杂。传统燃料航天器在升空之后不需要不断调整角度和方向,离子发动机由于一直处于推进过程,必须随时监控和校正。这1年多时间里,德国达姆施泰特地面控制中心的科学家们已经熟练掌握这些技术。

成就三:为撞月球提供经验

富万在接受美国网站采访时说,SMART-1号是即将升空的一系列月球探测器的先驱。他指出,2006年7月,第八届国际月球探测与利用大会发表《北京宣言》,宣言中要求各国应从头至尾记录探月行动计划,并合作在太空和地面观测月球撞击,因此“我们将向其他人传递经验”。

SMART-1号探险期间,欧洲航天局邀请其他多个国家准备对月球展开“撞击行动”的科学家加入其中,向他们提供经验,比如准备于2008年10月升空的美国航空航天局的LCROSS探测器,这一探测器将分两次撞击月球南极,希望能找到那里有水和其他化合物的痕迹。

在技术层面,SMART-1号也是未来太空任务的先锋,SMART-1号运行总管奥克塔维奥。卡米诺-拉莫斯说,SMART-1号给科学家们留下宝贵经验,这次“探险”好比引导一艘小帆船去经受旋风和暗流的考验,但它经受住了考验。

“我们已经显示离子发动机可行,”卡米诺说,离子发动机将成为未来10年中欧洲航天局执行另两项太空探险任务时的选择,即探索水星的“贝皮可伦坡号”探测器和近距离环绕太阳飞行的“Solar Orbiter”探测器。预计于2013年发射的“贝皮可伦坡号”探测器将先使用传统推动装置迅速冲出地球轨道,然后再用离子发动机推动奔向目标。

同时,卡米诺说,这一推进技术还可用于建造飞往月球的大型货运航天器,以在月球建立首个永久性基地,或者用于首次载人火星飞行。

除此之外,SMART-1号的创新还包括一套全新通讯系统、新一代太阳能电池板和一套传感和扫描设备。这套传感和扫描设备简直是“小型化技术的奇迹”,7件设备总重量只有19公斤。其中的分光计将直接使印度太空探险活动受益,印度计划于2007年或2008年开始的Chandrayaan-1无人探月飞行计划将使用这种设备。

当然,SMART-1号还有一项无法估量的影响,即重新点燃了人们探索月球奥秘的热情,其中部分原因在于“智能1号”探险相对低廉的成本,它的造价只有1.1亿欧元(约1.4亿美元)。

“就欧洲航天局的项目来说,SMART-1代表了一个巨大成功,从技术和科学角度看,都有非常好的投资回报”,欧洲航天局科学主管戴维·索思伍德说,“看来,从现在起,地球上的每个人都将计划前往月球了,进一步的科学探险行动将从这个小航天器的技术和操控经验中受益良多,同时SMART-1收集的科学数据已经在帮助我们更新对月球的现有认识。”

撞击月球

2006年9月3日13时42分22秒(北京时间),SMART-1号成功撞击月球。欧洲航天局估计,撞地的地点在月球的西经46.2度、南纬34.4度。欧洲航天局随后将公布更多的关于这次撞击月球行动的信息。

欧洲航天局官员称,SMART-1号是准时撞击月球表面,激起了大量的月球尘埃,接下来科学家将通过分析尘埃成分来解释月球起源。

关于月球起源是个十分古老的问题,传统的说法是同源说、分裂说和俘获说。80年代中期,一位美国天文学家提出了一个崭新的假说。该假说认为,在太阳系形成早期,大约45亿年前,一个火星大小的天体撞击地球,产生的部分碎片形成月球,但这也仅限于推测。

面对几种学说的争议,科学家希望通过测量月球成分得到答案,科学家和广大天文学者都期待SMART-1号的撞击能揭开这个谜团。

SMART-1号月球探测器
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最新更新:2015-08-07 11:35
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