SMART-1
Alternativní názvy |
Označení COSPAR |
Stát |
Start |
Cíl |
První pokus evropské kosmické agentury ESA o vyslání sondy k Měsíci.
Hlavním úkolem je prověřit pokrokové technologie, především iontový pohon
a autonomní řízení letu. Sonda po startu a uvedení na oběžnou dráhu kolem
Země pomocí iontového motoru dosáhla Měsíce a přešla na protáhlou oběžnou
dráhu kolem něj. V blízkosti Měsíce mají být prováděny experimenty
zaměřené na geologii povrchových vrstev a pátrání po vodním ledu na dně
kráterů v oblasti pólů.
Kosmická agentura ESA [=European Space Agency] vyhlásila program malých
flexibilních a málo nákladných kosmických misí SMART [=Small Missions
for Advanced Research in Technology], které mají přispět k vývoji
perspektivních konstrukcí a metod použitelných v kosmickém výzkumu.
První expedicí v tomto programu byla vyhlášena mise
SMART-1. Prvotním cílem je vyzkoušení
iontového motoru jako hlavního pohonu kosmické sondy. Tento konstrukční
prvek se má stát významnou součástí budoucích planetárních misí. První
z nich má být projekt družice Merkuru - sonda nazvaná
BepiColombo. K ověření funkce motoru a jeho působení na okolní
prostředí je stanice vybavena řadou sledovacích senzorů.
Kromě prověrky technologie se využije sondy a jejího vědeckého vybavení
k dalšímu průzkumu Měsíce. Dosavadní expedice na Měsíc, především
lety programu Apollo v letech 1969 až 1972 a tři nepilotované lety
Sovětského svazu dopravily na Zemi množství vzorků kamenů a prachu
k rozborům. Bohužel odběry se odehrály výhradně na přivrácené straně
Měsíce a v oblasti nepříliš vzdálené od rovníku. O geologickém
složení odvrácené strany a polárních oblastí máme doposud jen mlhavé
představy. O vyplnění bílých míst na geologické mapě se částečně pokusily
malé sondy NASA v roce 1994 - Clementine a v roce 1998 -
Lunar Prospector. I po jejich letech však zůstala celá řada nezodpovězených
otázek. SMART-1 nese sadu přístrojů, které
jsou vhodné k dálkovému průzkumu povrchu Měsíce. Kamery a detektory
jsou konstruovány k pozorování v oblasti viditelného,
infračerveného i rentgenového spektra.
Výše zmíněné malé sondy rovněž objevily náznaky vodního ledu na Měsíci.
Led se mohl uchovat pouze v místech, kam se nikdy nedostane přímé
sluneční světlo. Taková místa existují na dně malých kráterů se strmými
stěnami v oblasti pólů. Jedním z hlavních úkolů sondy
SMART-1 je sondáž takovýchto kráterů
infračerveným detektorem a pátrání po stopách jak vodního ledu, tak
zmrzlého oxidu uhličitého a uhelnatého.
Třetím hlavním úkolem u Měsíce je zkoumání geologického složení se
zaměřením na získání stop popisujících historii vzniku Měsíce. Na tuto
otázku existuje několik názorů, mezi nimi i teorie vzniku Měsíce
v důsledku gigantické srážky Země s obřím tělesem velikosti
Marsu v ranných dobách vzniku Sluneční soustavy.
SMART-1 může přinést nová fakta podporující
nebo popírající tuto verzi.
Konstrukce
Hlavním dodavatelem sondy je organizace Swedish Space Corporation, Solna
(Švédsko) a její divize SSD [=Space Science Division]. Na dodávkách
participuje 15 subdodavatelů ze 6 evropských států. Na vědeckém vybavení
se dále podílejí firmy a organizace z 9 evropských zemí (mj. Itálie,
Finska, Německa, Velké Británie, Švýcarska) z ESA a USA.
Těleso sondy o hmotnosti 366.5 kg tvoří kvádr o objemu
1 m3. Ze dvou protilehlých stěn vyčnívají
obdélníkové panely slunečních baterií. Ve dně kvádru je zabudován hlavní
iontový motor. Pro řízení orientace je sonda vybavena raketovými motorky
používajícími KPL (hydrazin).
Iontový motor na sondě SMART-1 je
první experimentální užití takového principu u hlavního motoru na
evropském kosmickém objektu. Jako hlavní pohonná jednotka byl motor
použit zatím pouze jedenkrát, a sice na americké technologické sondě
Deep Space 1 (DS-1) vypuštěné v roce
1998. Iontové motory jsou velkou nadějí pro budoucí kosmické mise do
vzdálených oblastí sluneční soustavy. Pomocí nich mohou být výpravy
lacinější a především doba letu ke vzdáleným cílům může být podstatně
zkrácena.
Technologie iontového motoru byla důkladně vyvinuta v Sovětském svazu
v sedmdesátých letech 20. století. Od roku 1972 vypustil SSSR
na oběžnou dráhu kolem Země řadu družic, které kromě klasických chemických
motorků jako prostředky orientace a korekce dráhy používaly rovněž
elektrických raketových motorů. Experimentálně byly ovšem zkoušeny již
mnohem dříve mj. při letu stanice Zond 2
k Marsu v roce 1964. Začátkem 90. let bylo dosaženo dohody
mezi ruskými, americkými a evropskými organizacemi o dalším vývoji a
komerčním využití iontových motorů a nedlouho poté se objevily i na
dalších experimentálních družicích (např. telekomunikační a technologický
satelit Stentor, postavený francouzskou organizací CNES). Iontové motorky
jsou od roku 1997, kdy jimi byl vybaven americký PanAmSat 5, zcela
běžně používány na komerčních stacionárních spojových družicích pro
udržování satelitu na správné pozici nad Zemí.
Iontový motor využívá elektrické energie získávané ze slunečních baterií
k urychlení pracovní látky na vysokou rychlost, což vytváří reakční
sílu pohánějící kosmické plavidlo. Užití elektrické energie zvyšuje výkon
elektrických motorů ve srovnání s chemickými raketovými hnacími
jednotkami. Elektrické raketové motory podle způsobu, jakým dochází
k urychlení pracovní látky se dělí na elektrotermální,
elektrostatické a elektromagnetické.
Mise SMART-1 používá elektrostatický iontový
motor, přesněji motor pracující na principu Hallova jevu. Motor má
označení PPS-1350-G a byl vyvinut a odzkoušen
organizací SNECMA (Francie). Jako pracovní látka je použit xenon.
PPS-1350-G je kompaktní zařízení postavené
kolem prstencové keramické komůrky o průměru 100 mm obklopené
magnety. Na jedné straně je umístěna katoda, která produkuje elektrony.
Elektrony jsou opačně umístěnou anodou vtahovány do pracovní komory.
Uvnitř komory jsou elektrony zachyceny magnetickým polem a střetávají se
s plynným xenonem vstupujícím rovněž do komory. Výsledkem je vznik
kladně nabitých xenonových iontů a dalších záporně nabitých elektronů.
Tyto elektrony jsou dále využity k urychlení iontů proudících
z komory a hnaných elektrickým polem vytvářeným katodovými elektrony.
Z komory vystupuje iontový paprsek s charakteristickou modrou
barvou (danou použitím xenonu), který pohání kosmické plavidlo vpřed.
Specifický impuls (Isp) motoru je impuls
získaný z 1 kg pohonné látky. Jednotkou je Newtonsekunda na
kilogram [Ns/kg]. Čím je specifický impuls větší, tím je větší výkon
motoru a tím je menší spotřeba paliva. Numerická hodnota specifického
impulsu zároveň odpovídá výtokové rychlosti [m/s] produktů práce motoru
ve vakuu. Klasické chemické motory mají malý specifický impuls (přibližně
3000 Ns/kg, neboli plyny vystupují z motoru rychlostí
3000 m/s). Elektrické motory urychlují částice plynu na vysokou
rychlost (15 až 100 km/s). Jejich specifický impuls je tedy asi
15000 až 100000 Ns/kg, tedy 5 až 30krát vyšší než u chemických motorů.
Tah vyvíjený motorem sondy SMART-1 je velmi
malý. Odpovídá tlaku listu papíru položeného na dlani. Ale doba funkce
motoru je velice dlouhá a v konečném výsledku lze dosáhnout vyššího
přírůstku rychlosti než u klasického chemického reaktivního motoru.
Elektrický pohon má mnoho předností. Například u obvyklé stacionární
družice představují asi polovinu hmotnosti zásoby pohonných látek. Při
použití elektrického pohonu lze množství paliva snížit u čtyřtunového
satelitu až o 600 kg, což může být využito na rozšíření užitečného
zatížení, např. další televizní transpondéry. Menší potřebné zásoby
paliva a větší vybavení je samozřejmě atraktivní i při vědeckých misích.
Protože elektrické motorky mají nízký tah, lze provádět korekce dráhy a
udržování orientace mnohem přesněji. Tah elektrických motorků lze daleko
lépe regulovat a směrovat v určitém rozmezí. Toho může být využito
během letu, kdy se mění potřeby elektrické energie na palubě a nebo když
se nachází v rozdílných světelných podmínkách na cestě Sluneční
soustavou.
U meziplanetárních letů může dojít také k úspoře času. I když je tah
motoru malý, pracuje po extrémně dlouhou dobu, takže nakonec může sonda
dosáhnout cíle za podstatně kratší dobu. Mise používající elektrických
motorů nabízejí větší flexibilitu při navigaci, více příležitostí pro
gravitační manévry, širší startovní okno
a možnost použití slabších nosných raket.
Vědecké vybavení
Vědecké vybavení sondy je především určeno ke sledování činnosti
iontového motoru a efektů vznikajících při jeho práci. Dále je vybavena
přístroji na zkoumání meziplanetárního prostředí a měsíčního povrchu.
Na palubě se nacházejí následující přístroje a jsou prováděny experimenty:
- sada senzorů monitorujících práci iontového motoru EPDP [=Electric
Propulsion Diagnostic Package];
- přístroje sledující meziplanetární prostředí a efekty práce motoru
na ně SPEDE [=Spacecraft Potential, Electron and Dust Experiment];
- prototypové komunikační zařízení v pásmu X/Ka pro ověření
citlivých přijímačů, nových kódovacích technik a odzkoušení pozemních
sledovacích stanic KaTE [=Ka-band
Telemetry and Telecommand Experiment];
- experiment využívající techniku KaTE a AMIE pro měření přesných
změn rychlosti a ověření schopnosti studovat rotaci vesmírných těles
z oběžné dráhy na příkladu družice Měsíce RSIS;
- experimentální telekomunikační zařízení pomocí laserového paprsku
(Laser Link);
- autonomní palubní navigační systém OBAN [=Onboard Autonomous
Navigation];
- miniaturní barevná kamera určená ke snímkování měsíčního povrchu
AMIE [=Asteroid-Moon Micro-Imager Experiment];
- spektrometr pro sledování měsíčního povrchu v infračerveném
oboru SIR [=SMART-1 Infrared Spectrometer];
- spektrometr určený k průzkumu měsíčního povrchu v oboru
rentgenového záření D-CIXS [=Demonstration
of a Compact Imaging X-ray Spectrometer];
- detektor slunečního rentgenového zařízení XSM
[=X-ray Solar Monitor] je určen kromě
sledování Slunce také pro kalibraci a objektivizaci měření přístroje
D-CIXS.
Misi řídí středisko S1MOC [=SMART-1 Mission
Operations Centre], které se nachází v areálu ESOC [=European Space
Operations Centre] v Darmstadtu (Německo) a vědeckou náplň koordinuje
středisko STOC [=Science and Technology Operations Coordination], jenž
je součástí ESTEC [=European Space Research and Technology Centre]
v Noordwijku (Nizozemsko).
Předpokládaná aktivní životnost je 2 až 2.5 roku, z toho asi 6
měsíců na oběžné dráze kolem Měsíce.
Celkové náklady na misi jsou stanoveny na 100 mil. € a
zahrnují vypuštění, provoz a část užitečného zatížení.
Průběh letu
Průběh letu - část 1 - Rok 2003
Průběh letu - část 2 - Rok 2004
Intenzivní snižování výšky oběhu pokračovalo až do začátku ledna 2005.
Iontový motor byl na přechodnou dobu odstaven
2005-01-10. Důvodem bylo získat dostatek času
pro zjištění zbývajících zásob pracovní látky ještě před definitivním
dosažením pracovní oběžné dráhy a pro citlivé naplánování dalších
operací.
Nominální výzkumná mise u Měsíce měla být zahájena koncem ledna a trvat
asi šest měsíců do konce července 2005. Po této době by měly perturbace
vlivem rušivého vlivu gravitačního pole Země způsobit nestability orbity,
přechod na spirálovitou dráhu a dopad na měsíční povrch. K tomu by
došlo, pokud by dráha nebyla opět upravena motorickým impulsem. Aby bylo
možno rozhodnout o dalších možnostech, bylo potřeba znát zbývající množství
xenonu v zásobnících sondy. Množství paliva na začátku základní
výzkumné mise šlo odhadnout třemi metodami. První, která vycházela
z výkonu motoru udávala zbývající zásobu asi 10.8 kg. Druhá
metoda počítala s konstantním průtokem xenonu korigovaným tlakem
paliva a proudem na škrtící armatuře a ukazovala na 9.6 kg xenonu.
Třetí metoda vypočítala zbytek paliva na základě známého objemu tanku,
tlaku a teploty paliva a výsledek zněl 6.6 až 7.8 kg.
Technici počítají také s tím, že zhruba 1.8 kg xenonu nebude
možno využít. Znamená to, že v nejhorším případě bude mít SMART
začátkem února aspoň 5 kg xenonu, kterých bude možno použít na další
korekce dráhy během nebo na konci základní mise. Bude tedy možno
předpokládaných šest měsíců ještě prodloužit. O jak dlouho se musí rozhodnout
během optimalizace v době přerušení manévrů. Ty měly být obnoveny
2004-01-18.
SMART-1 se již nicméně pohybuje po dráze, ze
které může provádět předpokládaný vědecký výzkum. Na webovských stránkách
se už začaly objevovat obrázky lunárního povrchu získané kamerou AMIE.
Dne 2005-02-09 obnovil činnost iontový motor
a dráha sondy se začala opět spirálovitě blížit k měsíčnímu povrchu.
Všechny přístroje na dosavadní orbitě ve výšce 1000 až 4500 km pracovaly
výborně. Vyskytly se pouze drobné anomálie termoregulace v okamžicích,
kdy byla anténa se středním ziskem MGA [=Medium Gain Antenna] zamířena
k Zemi.
Výbor pro vědecké programy ESA schválil dne 2005-02-10
jednomyslně návrh na jednoroční prodloužení mise SMART-1.
Ukončení letu se tak ze srpna 2005 odsunulo na srpen 2006.
Plán prodloužených výzkumů je rozdělen do dvou šestiměsíčních období, které
odpovídají rozdílným parametrům oběžné dráhy a jiným podmínkám osvětlení
povrchu Měsíce. V prvním období bude pozornost zaměřena na jižní
oblasti a výzkumy se budou soustředit na snímkování polárních oblastí
z různých úhlů, stereoskopicky a při rozličném osvětlení. Ve druhém
období se budou pořizovat obrazy rovníkových oblastí a některých částí
severní polokoule s vysokým rozlišením při nejlepších světelných
podmínkách.
Dne 2005-02-27 zaujal podle předpokladu
SMART-1 polohu na konečné selenocentrické dráze.
Během úprav oběžné dráhy proběhlo ověření činnosti přístrojů, po němž byly
připraveny k průzkumu Měsíce. Aby bylo dosaženo maximálního přínosu
je nezbytné provést ještě jejich kalibraci. Spočívá v pořizování
snímků a snímání spekter dobře známých cílů a křížovém porovnání měření
experimentů SIR, infračerveného spektrometru a kamery AMIE. Tato procedura
bude trvat nějakou dobu a bude záviset na viditelnosti zvolených kalibračních
cílů a podmínkách osvětlení.
Po zahájení programu seřízení přístrojů se bohužel na palubě vyskytla
nepředvídaná událost. V noci 2005-02-28
se neočekávaně znovu zapojil iontový motor a pracoval 11 h. Příčina
byla později analyzována a ukázalo se, že bude třeba upravit řídící
software. Oprava byla následně implementována do palubního počítače.
Důsledkem této chyby je zpoždění ověření funkce přístrojů o několik týdnů.
Dne 2003-03-12 vydalo řídící středisko povel,
kterým se vykonal korekční dráhový manévr kompenzující závadu z konce
února. Začátkem dubna by měly zkoušky přístrojů skončit a sonda bude
připravena pro rutinní sběr vědeckých dat. SMART-1
se nyní pohybuje po dráze ve výšce asi 470 až 2880 km nad povrchem
s oběžnou dobou těsně pod 5 h. Periselenum leží nad jižní
polokoulí. Dráha se působením zemského gravitačního rušení bude dále
měnit. Nejnižší bod dráhy může klesnout až na 300 km, zatímco nejvyšší
bod by měl dosáhnout 3000 km.
Ve zprávě ESA z 2005-03-29 se konstatovalo,
že se sonda nachází nadále v dobrém stavu a všechny systémy pracují
podle předpokladů. Jedinou závadou hodnou zaznamenání byla anomálie
v paměti počítače. Software v tomto případě zareagoval podle
očekávání. Pozemní středisko zahájilo vyšetřování příčin poruchy.
Prozatím poslední zážeh (od startu již 526. puls) iontového motoru
se uskutečnil 2005-03-12. K tomuto okamžiku
měl motor za sebou celkem 4627.5 h činnosti, přičemž katoda A
byla v provozu 3511.5 h a záložní katoda B jen 1116 h.
Pohon spotřeboval už 72.567 kg xenonu a v zásobníku zbývalo
posledních 9.933 kg. Od chvíle, kdy byl motor vyřazen z činnosti,
snížila se potřeba elektrické energie, takže jí zbývalo dostatek pro chystané
vědecké experimenty na dráze kolem Měsíce. Stále ještě probíhala aktivace
vědeckých přístrojů a testy jejich funkčnosti.
Od 2005-04-06 začal SMART-1
krátkodobě prolétat stínem Měsíce a Země. Délka zatmění se měla postupně
prodlužovat až do konce května. Období zatmění by mělo skončit
2005-06-20.
2005-04-12 přiznala ESA, že se závada
v paměti počítače vyskytla znovu 2005-04-04.
Dne 2005-04-07 byla odvysílána na sondu nová
procedura. Nicméně bylo rozhodnuto, že prozatím budou vykonávány pouze
příkazy týkající se dynamiky letu. Příkazy směrem k užitečnému zatížení,
tzn. hlavně vědecké experimenty, byly pozastaveny.
Jisté nezvyklé chování bylo zaznamenáno u hvězdných čidel. Teplota u nich
kolísá v závislosti na orientaci sondy, nicméně čidlo č.1 se občas
ohřeje nečekaně až na 24°C. Zatím to není nic závažného - teplota
by měla ležet pod 19°C. Možným vysvětlením by mohlo být nahřívání
čidla infračerveným zářením odrážejícím se od měsíčního povrchu.
Poslední čtrnáctidenní status report vydalo středisko ESOC
2005-04-26, na síti se nicméně objevil až
v polovině června. Bylo v něm zhodnoceno období od
2005-04-11 do 2005-04-24.
Konstatuje se, že na sondě končí fáze oživování a zkoušek vědeckého vybavení,
po níž bude následovat předání do operačního provozu. Další zprávy o stavu
sondy budou vydávány v měsíčních intervalech.
Pokračovalo období průletů stínem Měsíce, jejichž počet
k 2005-04-24 dosáhl 64. Délka zatmění se
prodloužila až na 40 min a sonda navíc dokonce dvakrát zažila zastínění
Zemí, jehož délka se pohybovala od 80 do 100 min. Průlety stínem mají
dopad na množství vyráběné elektrické energie a na tepelné podmínky na
palubě.
Komise ESOC posoudila 2005-04-28 stav oběžné
dráhy a konstatovala, že je sonda připravena zahájit operační fázi, i když
nejsou ukončeny všechny zkoušky užitečného zatížení. Později bude muset
být ještě rozhodnuto, zda se bude dráha korigovat, čímž by se umožnilo
prodloužení mise.
Orientace sondy byla převedena do stavu, při němž jsou přístroje namířeny
k měsíčnímu povrchu kromě období, kdy je potřeba otočit anténu se
středním ziskem k Zemi a odvysílat naměřená data.
Doba průletu měsíčním stínem se k 2005-05-15
prodloužila na 49 min. Sonda musela od začátku dubna absolvovat už
102 zatmění.
Přestože stále probíhala oživovací fáze, podařilo se SMARTu již získat
zajímavé výsledky. 2005-06-08 bylo oznámeno,
že přístroj D-CIXS detekoval poprvé na povrchu
Měsíce prvek vápník. Přístroj zaznamenal informaci o přítomnosti tohoto
prvku zásluhou rentgenového záření, které se odrazilo od povrchu
v době silné sluneční erupce.
U sondy byly zaznamenány menší potíže s tím, že je funkce některých
přístrojů velmi citlivá na tepelné podmínky. Kvůli tomu musely být
zorganizovány manévry na dráze, aby se panel nesoucí přístroje SIR a
D-CIXS co nejméně natáčel ke slunci. Potíže
to přináší hlavně v období, kdy je měsíc v novu. Když je
v tomto čase potřeba natočit sondu anténou k Zemi, jsou zmíněné
přístroje, které se nacházejí na opačné straně tělesa, vystaveny přímému
slunečnímu ozáření.
Status Report z 2005-06-20 zhodnotil
nejdůležitější události mezi 2005-05-17 a
2005-06-19. Všechny přístroje určené
k průzkumu Měsíce z oběžné dráhy pracovaly nominálně. Na základě
zbývajících zásob xenonu pro elektrický raketový motor se optimalizovala
oběžná dráha tak, aby se získal maximální efekt z prodloužení základní
mise. S tím souviselo i rozhodnutí o implementaci speciálních procedur,
umožňujících použít xenon i pod operační limit 2 kg. V současné
době se v nádržích sondy nacházelo odhadem asi 6 kg pracovní
látky. 4 kg by měly být spotřebovány v srpnu při úpravě dráhy.
V září se technici pokusí využít dalších 1.3 kg provozem iontového
motoru, který ale bude muset operativně reagovat na pokles tlaku
xenonu.
Teplota prvku CCD sledovače hvězd se ustálila v pracovním rozmezí.
Stále se zkoumala možnost, že k nadměrnému zahřívání dochází infračerveným
zářením, odraženým od měsíčního povrchu.
Doba, po kterou prolétala sonda měsíčním stínem, se postupně zkracovala
z 51 min dne 2005-05-17 až na
25 min 2005-06-16. K poslednímu
zatmění došlo 2005-06-20.
Další ze zpráv hodnotící průběh letu vydala ESA až
2005-08-25. V ní bylo potvrzeno, že po
pěti měsících, kdy byl elektrický motor mimo provoz, došlo k jeho
opětovnému spuštění 2005-08-02. Soustava
Země-Měsíc a samozřejmě i sonda se nacházela
právě v maximální vzdálenosti od Slunce a tomu odpovídaly možnosti
fotovoltaických článků. Solární baterie umožňovaly přivést na iontový motor
výkon 1325 W.
Plán úprav dráhy počítal se dvěma pulsy raketového motoru v trvání
68 min na každém oběhu. Po dobu práce motoru byl částečně aktivován
monitoring zhasnutí plamene, který byl uplatňován v počátcích mise
a který měl za úkol při nežádoucím vypojení motoru pohon znovu automaticky
nastartovat. Tentokrát byl zapínán přibližně 3 min po očekávaném
nastartování motoru a vypínán 35 min před plánovaným koncem pulsu.
Zkrácení doby, po které byl chod motoru hlídán, mělo vyloučit automatický
restart po vydání příkazu na odstavení motoru.
Při pravidelném chodu hlavního raketového motoru se očekává, že kritického
množství zásob xenonu, které činí 1.8 kg, bude dosaženo v prvním
zářijovém týdnu. Od této chvíle budou zavedeny speciální procedury, které
by měly umožnit spotřebovat zbylý xenon až do množství 0.73 až 0.78 kg
(v závislosti na teplotě). Operace s iontovým motorem by tak mohly,
na základě simulací, pokračovat až do poloviny září. Poslední polovina
měsíce je pak rezervována na případné speciální zásahy pro eventualitu,
že se motor bude chovat jinak, než se očekává.
Poslední puls iontovým motorem se uskutečnil 2009-09-17.
SMART-1 tím úspěšně ukončil poslední technologický
úkol, pro který byl postaven, a motor byl definitivně odstaven. Speciálními
procedurami se podařilo takřka beze zbytku spotřebovat veškeré zásoby xenonu.
Od této chvíle se sonda pohybovala bez možnosti ovlivnit oběžnou dráhu.
Její podoba byla určována pouze gravitačními silami Měsíce, Země a Slunce.
Podle odhadů vývoje dráhy se měla postupně deformovat až do dopadu sondy
na povrch Měsíce v srpnu 2006.
Vědecká činnost se měla opět podle plánu obnovit od
2005-10-01. Předtím byla role užitečného
zatížení omezena na monitoring práce motoru souborem čidel SPEDE/EPDP.
Ostatní přístroje byly mimo provoz.
Při této příležitosti je vhodné zrekapitulovat historii práce iontového
motoru. Motor byl poprvé zažehnut 2003-09-30
v 12:25 UT. Poslední puls skončil 2005-09-17
v 18:45 UT. V období téměř dvou let činnosti bylo vykonáno
celkem 844 pulsů v souhrnné době trvání 4958.3 h. Během života
byly odzkoušeny obě katody, přičemž katoda A byla používána po dobu
3865 h a katoda B 1106 h. Na začátku funkce měl motor
k dispozici 82.5 kg xenonu, nakonec zbylo odhadem asi 280 g,
z toho ještě asi 60 g by bylo možno použít. Výkon přiváděný do
motoru kolísal v průběhu mise mezi 649 a 1417 W. Za dobu
životnosti došlo k 38 neočekávaným samovolným vypnutím motoru.
Vědecká činnost byla podle plánu obnovena 2005-10-01.
Této skutečnosti se muselo přizpůsobit i řídící středisko, které bylo nadále
vázáno cyklem oběhů sondy kolem Měsíce. Kromě toho došlo na podzim 2005
na řadu prezentací mise SMART-1, která
v tomto okamžiku již mohla být označena za mimořádně úspěšnou, při
mnohých příležitostech po celém světě.
Mise SMART-1 byla projektována především jako
technologický experiment. Proto ani po skončení operací s iontovým
motorem nebyl zanedbáván monitoring stavu systémů sondy. Začátkem října 2005
bylo například zjištěno, že teplota hvězdného čidla (číslo 2) na bázi
CCD se pohybuje v průměru kolem 15.9°C se špičkou na 22.4°C.
Uvedená maximální hodnota byla dosažena nicméně pouze jednou, většinu doby
ležela pod 19°C. Jednalo se o poměrně vysoké hodnoty, které se ale
daly vysvětlit momentální orientací tělesa sondy, při níž je zmíněné čidlo
vystavováno sluneční expozici. V této poloze bylo nutno sondu udržovat
kvůli zaměření antény na Zemi. Teploty hvězdného čidla číslo 1 naproti
tomu ležely většinou pod 10°C. Také tento senzor byl občas vystaven
slunečnímu záření a potom byla zaznamenána teplota až 19.7°C. Po změně
teplotního režimu, k němuž došlo 2005-10-10,
poklesly naměřené hodnoty o přibližně 6°C.
Produkce elektrické energie byla ve stejném období zcela bez problémů,
zhoršení situace ale mělo nastat už 2005-10-17,
kdy začínalo přibližně dvouměsíční období průletů stínem, které měly
v nehorším případě trvat až 1 h. Na akumulátorových bateriích
po provedené kontrole nebyly shledány stopy degradace. V okamžiku
prvního výstupu ze stínu 2005-10-17
v 11:56 UT bylo zaznamenáno, že se nepředpokládaně sepnulo nouzové
vyhřívání. Tato eventualita byla při dřívější analýze přehlédnuta, a proto
bylo nutno provést úpravu programu, který byl úspěšně implementován dne
2005-10-25.
S další zprávou o průběhu letu si počkala ESA až na
2005-12-23. Let sondy pokračoval již bez možnosti
zásadním způsobem měnit parametry oběžné dráhy. Ta byla zcela v moci
gravitačního působení Slunce, Země a především Měsíce s jeho nepravidelně
koncentrovanou hmotou. Skupina letové dynamiky provedla analýzu vývoje
dráhy, z níž vyplynulo, že let definitivně skončí
2006-08-17 dopadem na lunární povrch. Nejistota
výpočtu obnášela asi jeden den a datum bylo stanoveno za předpokladu, že
již nebude motorickým způsobem ovlivňována oběžná dráha sondy. Na dráhové
korekce zůstával v nádržích ještě asi 0.26 kg xenonu, přičemž
pouze 0.06 kg by bylo možno určitými speciálními metodami využít.
Toto množství představovalo teoretickou změnu rychlosti sondy o 1.6 m/s.
Kromě toho mají klasické raketové motorky k dispozici 6.5 kg
hydrazinu.
Osvětlení tělesa sondy bylo takové, že sluneční záření způsobovalo nebývalé
zvýšení teploty kamer sledovače hvězd až na 39.5°C. Spojení se Zemí
probíhalo stále bez problému až na jednu výjimku, při níž se ztratilo
několik megabytů dat po restartu palubního počítače. Metoda rádiového
spojení se nicméně stále vylepšovala. To umožnilo mj. poskytnout sondu
indickým a čínským vědcům, aby si na ní vyzkoušeli sledování objektu u
Měsíce a tak se připravili na svoje chystané mise
Chandrayaan-1 (ISRO, Indie) a
Chang'e-1 (CNSA, Čína). Sledovací kampaň
zmíněnými organizacemi se rozběhne v roce 2006.
Koncem roku 2005 a začátkem roku 2006 probíhal let zcela hladce.
Poslední drobné zásahy do dráhy sondy skončily těsně před vánočními svátky
(2005-12-19) a znovu se rozběhla běžná vědecké
práce. Jedinou menší komplikací byla drobná závada na sledovači hvězd,
která ale naštěstí neměla žádný dopad na provoz. Teploty, které před časem
stoupaly skoro až ke 40°C, se nakonec ustálily na hodnotě přibližně
15°C.
Pro SMART-1 skončilo prozatím období průletů
měsíčním stínem. K poslednímu zatmění došlo
2005-12-24. Sluneční baterie produkovaly stabilní
a dostatečné množství elektrické energie. Potřeba elektrického proudu je
od definitivního odpojení iontového pohonu samozřejmě nižší. Další průlety
stínem čekají sondu až od 2006-03-15
Začátkem roku 2006 se konala u Měsíce rutinní vědecká měření. Jejich objem
se skončenými dynamickými operacemi narostl. Sonda byla konfigurována tak,
aby byl maximální užitek zvláště z kamery AMIE. Hlavní starostí skupiny
letové dynamiky bylo připravit důstojný zánik úspěšné sondy, která by i
po dopadu na vhodné místo na lunárním povrchu poskytla poslední cenná
vědecká data.
Koncem ledna a začátkem února probíhaly kritické operace se třemi dalšími
meziplanetárními stanicemi ESA. Kapacity pozemních spojových center byly
vysoce vytížené a to znamenalo omezení provozu sloužícího k obsluze sondy
SMART-1.
2006-01-19 došlo k opakované poruše související
podle některých teorií s chybnou funkcí počítačového chipu. Závada si
vyžádala instalaci nové procedury, pomocí niž se mělo zabránit ztrátě dat.
K tomu došlo 2006-01-20 a zdá se, že
nyní funguje vše podle očekávání.
Začátkem února byly rovněž dokončeny testy kompatibility spojení s čínskými
a indickými partnery.
Ve zprávě o stavu sondy v období od 2006-02-20
do 2006-03-19 se uvádí, že let probíhá podle plánu.
Po průletu stínem v loňském roce, konkrétně
(2005-10-28) bylo zjištěno, že panel slunečních
baterií +Y dává výkon nižší přibližně o 52 W. Výrobce Swedish Space
Corporation (SSC) označil za nejpravděpodobnější příčinu ztrátu jedné sekce
článků na panelu. Zmenšený výkon fotovoltaiky nemůže způsobit žádný závažný
problém při běžném provozu.
Vědecký výzkum probíhal podle plánu. Přístroj D-CIXS
obdržel programovou záplatu. SMART-1 se patrně
stane první misí ESA, která se bude autonomně řídit. Jestli tomu tak bude,
bude rozhodnuto v nejbližší době.
Skupina letové dynamiky spočítala novou predikci dalšího průběhu letu. Bez
záměrných změn oběžné dráhy by SMART-1 dopadl
na Měsíc dne 2006-08-17. Vědci si přesto vyžádali,
aby se tento termín protáhl až na 2006-09-03.
Aby jim bylo možno vyhovět, provede se série motorických manévrů na zvýšení
pericentra. Motorické manévry se uskuteční od konce června do začátku července.
Před zahájením manévrů by v nádržích sondy mělo být 6.3 kg hydrazinu
a 0.260 kg xenonu (speciálními postupy by se dalo využít ještě max. 0.060 kg).
Na potřebné zvýšení pericentra bude potřeba asi 2.06 kg hydrazinu, pomocí
něhož by se mělo dosáhnout celkové Δv=12.032 m/s.
Orientační systém AOCS zaznamenal menší závadu, když mezi
2006-03-03 a 2006-03-05
došlo k opakovanému oslepení sledovačů hvězd. Následkem byl dne
2006-03-05 v 01:06:39 UT reboot sledovačů,
během něhož nedostávala sonda několik sekund žádná data o poloze. Závada
neměla naštěstí žádné vážné následky. Dříve uváděné problémy s teplotou
CCD prvků sledovačů se v poslední době neobjevovaly. Teplota nepřekročovala
povolených 19°C.
Také období vymezené daty 2006-03-20 až
2006-04-16 znamenalo pro misi
SMART-1 normální let s plněním rutinních
vědeckých výzkumů. K jediné události hodné zaznamenání došlo
2006-04-03, kdy se objevila chyba v sekci
EDAC [=Error Detection and Correction], což způsobilo poruchu v časování
povelů. Závada mohla být odstraněna včas, takže nedošlo k narušení
průběhu letu. Činnost užitečného zatížení probíhala bez závad a řídící
středisko podnikalo přípravné práce pro další etapu dynamických operací.
Pokračovaly plánovací a organizační práce před řízeným dopadem sondy na
měsíční povrch.
V popisovaném období došlo rovněž k několika průchodům zemským
stínem, což se projevilo na redukci výkonu slunečních baterií. Pokles nebyl
ale natolik veliký, aby bylo nutno omezovat činnost vědeckých přístrojů
nebo zapojovat akumulátory. Do období zatmění Měsícem vstoupí
SMART-1 dne 2006-04-20
v 00:26:52 UT. První zatmění bude trvat 5 min 49 s.
Další situační zpráva popisuje období od 2006-04-17
do 2006-05-14. V něm se podařilo dokončit
analýzu tepelného chování SMARTu. Z ní vyplynulo, že v květnu,
kdy bude sonda prolétat nad subsolárním bodem, tj. přesně prostorem ležícím
na spojnici Slunce-Měsíc, by mohlo dojít ke
zvýšení teploty slunečních baterií až nad 105°C, přičemž povolená hranice
leží na 110°C. Je to dáno tím, že jsou komponenty sondy v tomto
místě nahřívány nejen přímými slunečními paprsky, ale také současně světlem
odraženým od měsíčního povrchu. Aby se předešlo riziku poškození, byly panely
fotovoltaických článků dne 2006-05-09 natočeny
o 35°. Toto opatření se ukázalo jako účinné, protože maximální teplota
dosáhla jen 85°C oproti očekávaným 96°C.
Pokračovalo období průchodů stínem Měsíce. Maximální délky zatmění, přibližně
1 h, bylo dosaženo 2006-05-14. Výkon
energetického subsystému zůstával velice dobrý. Jako rutinní operace byla
provedena zkouška kapacity baterií, při níž nebyla zaznamenána žádná degradace
a zhoršení funkce.
Plánovaný další průběh letu
Po zaujetí konečné oběžné dráhy kolem Měsíce bude následovat vědecký průzkum
po dobu alespoň 6 měsíců s možností prodloužení o další rok.
Maximální doba aktivní životnosti je limitována množstvím xenonu.
Parametry dráhy
Epocha |
Typ |
i |
P |
hp |
ha |
Pozn. |
2003-09-27.97 |
G |
7.01° |
642.72 min |
650 km |
35935 km |
2003-09-29.10 |
G |
6.94° |
641.11 min |
673 km |
35829 km |
2003-10-02.80 |
G |
6.93° |
644.28 min |
757 km |
35907 km |
2003-10-13.00 |
G |
6.87° |
683.47 min |
1625 km |
37023 km |
2003-10-14.00 |
G |
6.88° |
690.76 min |
1676 km |
37337 km |
2003-10-26.89 |
G |
6.91° |
712.83 min |
2309 km |
37799 km |
2003-11-02.38 |
G |
6.91° |
720.15 min |
2690 km |
38202 km |
2003-11-11.17 |
G |
6.87° |
769.46 min |
3624 km |
39249 km |
2003-11-16.19 |
G |
6.86° |
807.01 min |
4466 km |
40204 km |
2003-11-24.24 |
G |
6.84° |
850.89 min |
5415 km |
41321 km |
2003-12-01.44 |
G |
6.85° |
872.02 min |
5783 km |
41931 km |
2003-12-08.28 |
G |
6.83° |
922.00 min |
7012 km |
42991 km |
2003-12-14.87 |
G |
6.84° |
971.19 min |
8098 km |
44118 km |
2003-12-21.11 |
G |
6.83° |
1024.73 min |
9158 km |
45425 km |
2003-12-29.22 |
G |
6.85° |
1117.37 min |
10858 km |
47725 km |
2004-01-04.71 |
G |
6.84° |
1219.40 min |
12801 km |
50060 km |
2004-01-11.68 |
G |
6.88° |
1289.08 min |
13730 km |
51985 km |
2004-01-19.04 |
G |
6.87° |
1361.91 min |
13987 km |
54657 km |
2004-02-01.95 |
G |
6.91° |
1493.44 min |
14313 km |
59491 km |
2004-02-09.21 |
G |
6.95° |
1493.65 min |
14263 km |
59549 km |
2004-03-01.03 |
G |
6.98° |
1520.43 min |
14306 km |
60538 km |
2004-03-14.97 |
G |
7.00° |
1569.35 min |
14302 km |
62411 km |
2004-04-05.21 |
G |
7.03° |
1853.41 min |
15116 km |
72091 km |
2004-04-26.31 |
G |
6.93° |
2224.25 min |
16364 km |
83767 km |
2004-05-09.45 |
G |
6.89° |
2518.63 min |
17264 km |
92621 km |
2004-06-06.44 |
G |
6.79° |
3320.08 min |
21334 km |
115353 km |
2004-06-26.90 |
G |
6.81° |
4016.42 min |
21030 km |
136103 km |
2004-07-12.37 |
G |
6.86° |
4866.37 min |
22362 km |
155133 km |
2004-08-09.33 |
G |
6.91° |
115.73 h |
26051 km |
202327 km |
2004-08-25.00 |
G |
6.93° |
143.74 h |
31413 km |
234446 km |
2004-10-01.90 |
G |
12.48° |
213.40 h |
63581 km |
286254 km |
2004-10-26.26 |
G |
20.59° |
330.05 h |
173340 km |
298836 km |
2004-11-15.74 |
L |
81.08° |
129.25 h |
4962 km |
51477 km |
2004-11-15.74 |
L |
81.08° |
129.23 h |
4965 km |
51469 km |
2004-12-04.44 |
L |
83.03° |
2238.30 min |
3716 km |
18974 km |
2005-01-09.64 |
L |
87.89° |
504.59 min |
1013 km |
5202 km |
2005-02-28.22 |
L |
90.06° |
298.26 min |
470 km |
2879 km |
2005-03-28.50 |
L |
90.09° |
296.58 min |
518 km |
2811 km |
2005-04-04.10 |
L |
89.71° |
297.00 min |
533 km |
2797 km |
2005-04-25.35 |
L |
90.14° |
296.95 min |
545 km |
2784 km |
2005-05-16.38 |
L |
89.73° |
297.00 min |
552 km |
2777 km |
2005-06-20.43 |
L |
90.23° |
296.85 min |
517 km |
2810 km |
2005-07-18.47 |
L |
90.26° |
296.83 min |
465 km |
2861 km |
2005-08-08.31 |
L |
89.97° |
297.37 min |
424 km |
2911 km |
2005-08-15.34 |
L |
90.29° |
298.02 min |
409 km |
2937 km |
2005-09-19.36 |
L |
90.19° |
298.71 min |
451 km |
2905 km |
2005-10-17.35 |
L |
90.29° |
298.70 min |
529 km |
2827 km |
2005-11-21.42 |
L |
90.13° |
298.79 min |
608 km |
2749 km |
2005-12-19.43 |
L |
90.11° |
298.85 min |
636 km |
2721 km |
2006-01-16.45 |
L |
90.12° |
298.90 min |
641 km |
2718 km |
2006-02-20.33 |
L |
90.58° |
298.96 min |
560 km |
2797 km |
2006-03-20.35 |
L |
90.13° |
298.68 min |
561 km |
2799 km |
2006-04-10.32 |
L |
90.35° |
298.99 min |
514 km |
2846 km |
2006-05-15.41 |
L |
90.85° |
298.93 min |
395 km |
2964 km |
Vysvětlivky:
Typ: G - geocentrická, L - selenocentrická
Experimenty a výsledky
Sada senzorů k monitorování činnosti iontového motoru EPDP
[=Electric Propulsion Diagnostic Package]
Hlavní efekty vznikající při činnosti elektrického raketového motoru se
projevují jako účinky fyzikální, mechanické, tepelné a elektrické. Plazma
tvořená motorem může způsobovat erozi a přemísťování materiálu na okolní
povrchy. Paprsek iontů dopadající na povrch sondy vyvolává kroutící
momenty a jiné změny ve vektoru tahu. Hrozí nebezpečí vzrůstu povrchové
teploty. Elektrický potenciál se mění a může vyvolávat elektromagnetické
efekty, které se při zapínání a vypínání motoru projevují jako
interference v rádiovém signálu. Všechny tyto účinky lze vyzkoušet
pouze za podmínek reálného kosmického letu. Hlavním účelem souboru EPDP
je sledování těchto souvislostí.
Soubor sestává z řady senzorů namontovaných na spodní podstavě sondy
přibližně 0.8 m kolem motoru. Hmotnost čidel a elektroniky obnáší
asi 2 kg. Soubor obsahuje:
- Senzor měřící energii iontů a rozložení hustoty proudu. Ionty
s malou energií zodpovídají především za kontaminaci povrchu
sondy ve zpětných proudech. Na základě těchto údajů se má
v budoucnu hledat optimální poloha motoru a rozmístění
přístrojů u kosmických plavidel různých tvarů.
- Langmuirovu sondu měřící potenciál plazmy, elektronovou hustotu
a teplotu. Poskytuje informace o podmínkách v plazmě na boku
sondy, další sonda je na opačné straně od motoru. Z naměřených
výsledků lze sestavit 3D model plazmového prostředí.
- Sluneční článek umístěný odděleně od hlavních fotovoltaických
panelů a miniaturní "váhu" na principu křemíkového krystalu, které
jsou společně používány k měření ukládání erodovaného
materiálu.
Doplňkové informace mají být zjišťovány z orientačního systému
sondy, z telemetrie vysílané anténami sondy, z údajů o funkci
slunečních článků, z normálních hydrazinových motorků a
z poruch, které se mohou projevit na dalších přístrojích během
práce iontového motoru.
Přístroje pro tento experiment dodala firma LABEN/PROEL, Florencie
(Itálie). Vědeckou koordinaci provádí středisko elektrických pohonných
systémů ESA mající sídlo v ESTEC, Noordwijk (Nizozemsko).
Rozšířený soubor přístrojů pro sledování plazmy SPEDE
[=Spacecraft Potential, Electron and Dust Experiment]
Tento soubor kombinuje měření získaná v experimentu EPDP a slouží
především k monitorování vlivu práce iontového motoru na vesmírné
plazmové pole. Představuje asi 800 g zařízení a sestává ze dvou
elektrických čidel namontovaných na 0.6 m dlouhých tyčích. Tyto
senzory jsou umístěny na bocích pod raketovým motorem a mohou být
použity buď jako Langmuirova sonda nebo jako sonda měřící elektrické
pole. Konečně mohou být použity jako čidla některých charakteristik
vesmírné plazmy.
Během přeletu k Měsíci bude přístroj měřit distribuci hustoty
plazmy kolem Země a později po dosažení cíle bude zkoumat lunární plazmové
prostředí a obzvláště závislost na slunečním větru.
Hlavní pracovištěm provozujícím tento experiment je Finnish Meteorological
Institute (FMI), Helsinki (Finsko).
Ověřování účinnějších způsobů komunikace se Zemí KaTE
[=Ka-band Telemetry and Telecommand
Experiment]
Pro budoucí mise ke vzdáleným cílům Sluneční soustavy je žádoucí
odzkoušení metod spojení v jiných frekvenčních pásmech než dosud
používaných. Očekává se zmenšení rozměrů prvků telekomunikačních
systémů, větší spolehlivost a větší hustota přenášených dat. Jako
perspektivní frekvenční pásma se předpokládají pásmo X (8 GHz) a
pásmo Ka (32/34 GHz). K ověření metod spojení v těchto
pásmech je určen experiment KaTE, který má tyto hlavní cíle:
- ověření nové digitální komunikační technologie s velmi
citlivými přijímači na palubě sondy;
- první předvedení použití pásma X a Ka v rámci vědecké mise;
- odzkoušení nové techniky kódování dat (Turbo code);
- ověření příslušného pozemního segmentu.
Přístroje KaTE se mají použít i pro místní měření šíření rádiových vln
a vesmírnou navigaci, tvoří i technický suport pro další experiment RSIS.
Budou využity při dopplerovských měřeních změn rychlosti sondy a tím
k dalšímu sledování práce iontového motoru.
Experiment řídí složka TTC and Radio Navigation Section organizace
ESTEC ve spolupráci s firmou Dornier, Ottobrunn (Německo). Vědeckým
garantem je Universita di Roma, Řím (Itálie).
Mezi pozemními stanicemi je i 35-m anténa
umístěná v New Norcia, Perth (Austrálie), která se používá i pro
další mise provozované ESA, např. Mars Express.
Experiment RSIS
Jedním z hlavních úkolů RSIS je studium schopnosti a přesnosti
v určování rotačních charakteristik planet nebo měsíců z oběžné
dráhy. Má se toho dosáhnou přesným měřením polohy satelitu
SMART-1 společně s údaji z kamery
AMIE a signálů z hvězdného senzoru.
Experiment je založen na velmi přesném stanovení vzájemných poloh sondy
a Měsíce. Kamera AMIE poskytuje snímky s rozlišením 30 úhlových
sekund (tj. asi 50 m na povrchu Měsíce ve vzdálenosti 300 km),
hvězdné čidlo pracuje s přesností 4 úhlové sekundy a KaTE je zdrojem
rádiového signálu, který může být analyzován na dopplerovském principu.
Po zpracování všech těchto údajů lze usuzovat na nepravidelnosti
v rotaci (kývání) Měsíce.
Laserová komunikace
Laserová komunikace byla již vyzkoušena v minulosti například na
družicích Spot-4 (start 1998) nebo Artemis
(2001). Ve vzdálených oblastech vesmíru se však jedná o první použití.
Laserový signál se vyznačuje vyšší směrovostí a velmi vysokou hustotou
přenášených informací. Laserový paprsek jako ostatní optické paprsky je
ovlivňován stavem zemské atmosféry. Zatímco vlivy např. vodních srážek
jsou velmi dobře prozkoumány ve směru šíření z vesmíru na Zemi
(pozorování hvězd), v opačném směru panují zatím jenom teoretické
předpoklady. Přitom je známo, že se oba tyto směry liší. Experimenty
prováděné se spojením na kosmické sondě jsou vhodné pro takováto měření.
Laserový paprsek určený ke komunikaci se sondou
SMART-1 má vlnovou délku 847 nm a výkon
laseru je 6 W. Světlo laseru má být na palubě sondy zachyceno
kamerou AMIE, žádné speciální laserové komunikační zařízení se na
palubě sondy nenachází.
Pozemní stanice pro laserovou komunikaci OGS [=Optical Ground Station]
byla vybudována na Tenerife (Kanárské ostrovy).
Autonomní palubní navigační systém OBAN
[=Onboard Antonomous Navigation]
Pro budoucí kosmické mise se předpokládá, že velkou část řízení letu
převezme samostatný systém složený s příslušných navigačních čidel
a vhodného vyhodnocovacího softwaru. Tím by poklesly nároky na pozemní
sledování expedice a podstatně klesly náklady na mise. Systém autonomní
navigace byl prozatím zkoušen v hlubokém vesmíru pouze jednou při
letu sondy Deep Space 1 (DS-1), vypuštěné
v říjnu 1998.
Systém OBAN je výsledkem studie ESA o "Autonomní palubní navigaci pro
meziplanetární mise". Experiment je řízen střediskem ESTEC, Noordwijk
(Nizozemsko) ve spolupráci s European Spece Operations Centre,
Darmstadt (Německo).
Sonda SMART-1 není přímo řízena autonomním
navigačním systémem ale je vybavena příslušnými čidly. Software se
nachází v pozemním středisku, kde provádí vyhodnocování výstupů ze
systému a srovnání s povely vydávanými běžnými prostředky. Pro
navigaci se používá snímků nebeských objektů pořizovaných kamerou AMIE.
Při zohlednění dalších dat ze systému orientace a řízení se zjišťují
směry k jednotlivým bodům na obloze a tím se běžnými (i když
složitými) geometrickými zákony určuje poloha sondy v prostoru.
Z těchto údajů se dále dá vypočítat směr a velikost impulsů pro
dráhové korekce.
Ověření systému OBAN se zkušebně očekává několikrát během letu
k Měsíci. Jako referenční tělesa pro snímkování se má použít Země,
Měsíc a možná i některý asteroid.
Miniaturní barevná kamera AMIE
[=Asteroid-Moon Micro-Imager Experiment]
Kamera AMIE byla vyvinuta v Center Suisse d'Electronique et de
Microtechnique (CSEM), Neuchatel (Švýcarsko). Na vyhodnocování snímků
pro různé účely se podílejí další pracoviště z Francie, Itálie,
Finska a Švýcarska.
Kamera představuje prozatím špičkový výrobek v oblasti miniaturizace.
Sestává ze dvou částí - vlastní kamery a příslušné elektronické
jednotky. Kamera je upevněna na bočním panelu sondy a elektronika uvnitř
tělesa. Hlavní funkce kamery jsou:
- získávání barevných snímků;
- uchování obrazových dat ve vyrovnávací paměti;
- částečné zpracování snímků (komprese dat);
- přenos snímků do palubního počítače.
Kamera na principu CCD prvků má hmotnost pouze 0.45 kg včetně
veškeré elektroniky. Elektronika obsahuje mj. CSEM mikroprocesor,
digitální vyhodnocovací jednotku DPU a interface k systémům sondy.
Zorné pole má rozměr 5.3x5.3° a rozlišení 1024x1024 bodů, čemuž
odpovídá asi 50 m/pixel na lunární oběžné dráze. Kamera je vybavena
čtyřmi filtry - červeným (750 nm), dvěma infračervenými (900 a
950 nm) a jedním speciálním pro účely laserové komunikace
(850 nm).
Ve spolupráci s dalšími přístroji SIR a
D-CIXS mají být kamerou AMIE získávány
podklady pro sestavení mineralogické mapy Měsíce.
Infračervený spektrometr SIR
[=SMART-1 Infrared Spectrometer]
Naše znalosti o geologických poměrech na Měsíci jsou i po výpravách
Apollo a průzkumu sovětskými automatickými sondami značně neúplné. Je to
způsobeno především tím, že z technických důvodů se všechny tyto
výpravy uskutečnily na přivrácené straně v oblastech nepříliš
vzdálených od rovníku a až na dvě výjimky na měsíčních mořích nebo
v jejich blízkosti. Horské a polární oblasti jsou pro nás takřka
neznámé, nemluvě o průzkumu odvrácené strany. Přitom studium chemického
složení a mineralogie měsíčního povrchu, který není poznamenán vlivem
atmosféry, může přinést cenné poznatky o účincích meziplanetárního
prostředí na kosmická tělesa a přispět k rozluštění zákonitostí
vývoje planet a jejich měsíců.
Infračervená spektroskopie je jednou z metod, jak lze dálkově
studovat povrch kosmických těles právě z výše uvedených hledisek.
Přístroj SIR je určen k monitorování infračervených paprsků o
vlnových délkách 900 až 2400 nm vyzařovaných měsíčním povrchem.
Rozborem tohoto záření lze rozlišovat mezi různými horninami jako jsou
například pyroxeny, olivíny a živce. Takto je možno prozkoumat globálně
celý měsíční povrch, v místech zlomů je možno proniknout i do
hlubších vrstev. Vlnový rozsah přístroje je vhodný i k detekci ledu
a jinovatky buď tvořené molekulami vody nebo oxidu uhličitého a
uhelnatého. Ještě než se sonda dostane na selenocentrickou dráhu, bude
přístroj zkoumat infračervená spektra různých hvězd.
Spektrometr SIR je tvořen vstupní štěrbinou, kterou se provádí zaměření
na vybraný cíl, kolimátorem, kterým se zachycené světlo soustředí do
rovnoběžných paprsků, mřížkou, na níž se rozkládá dopadající paprsek a
CCD detektorem, který snímá vytvořené spektrum. Spektrometr je vytvořen
na základě existujících komerčně dostupných výrobků. Spektrální rozlišení
je 0.06 µm a prostorové asi 300 m. Celková hmotnost
přístroje obnáší 2 kg včetně jednotky elektroniky.
Spektrometr SIR vyvinulo konsorcium pod vedením Max Planck Institut für
Aeronomie (MPAe), Garching (Německo). Dalšími členy konsorcia jsou Carl
Zeis, Jena (Německo) a tec5, Frankfurt (Německo).
Rentgenový spektrometr D-CIXS
[=Demonstration of a Compact Imaging
X-ray Spectrometer]
Tímto zařízením se doplňuje měření mineralogie a chemického složení
měsíčního povrchu přístroji AMIE a SIR o další vlnový obor -
rentgenové pásmo. Pasivní spektrometr má posloužit k vytvoření
první globální geologické mapy Měsíce s vysokým rozlišením.
Rentgenové paprsky mají vysokou vypovídací schopnost o chemickém složení
povrchových vrstev. Pozorování má rovněž přispět k rozvoji teorií o
vzniku Měsíce a vývoji jeho stavby, pomocí stanovení poměru zastoupení
hořčíku a železa. Přístroje lze využít k detekci případné vody ve
formě ledu nebo ledových krystalků rozptýlených v měsíčním prachu,
která se očekává na dně malých ale hlubokých kráterů poblíž pólů Měsíce.
Pozorování noční strany bude využito ke studiu vlivu dopadajících částic
slunečního větru na změny rentgenového vyzařování. Během cesty k cíli,
trvající 16 měsíců, se pomocí D-CIXS bude
měřit rentgenové záření Země, magnetosférického chvostu a výtrysky
paprsků X při slunečních erupcích.
Spektrometr je zařízení vážící pouze 3 kg včetně elektroniky a jeho
rozměry nepřevyšují kostku o straně 150 mm. Je tvořen 40 detektory,
každý o citlivé ploše 10x10 mm s energetickým rozlišením lepším
než 200 eV.
Aby nedošlo k poškození silnou radiací při průletu van Allenovými
pásy, lze vstupy do citlivých detektorů dálkově uzavírat.
Přístroj byl vyvinut na Rutheford Appleton Laboratory (Velká Británie).
Detektor slunečních rentgenových paprsků XSM
[=X-ray Solar Monitor]
Aby bylo možno objektivně posuzovat vyzařování měsíčního povrchu
v rentgenové oblasti, je nutno znát okamžitou hodnotu dopadajícího
záření X, které má svůj původ ve Slunci. K tomuto účelu je sonda
vybavena kontrolním detektorem rentgenového záření, který nezávisle měří
meziplanetární složku záření.
Přístroj dodala University of Helsinki Observatory (Finsko).
Literatura
- Mission Home Page -
http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=10
|