Σαν σήμερα... 2003, η πρώτη Ευρωπαϊκή αποστολή στη Σελήνη.

Καλλιτεχνική απεικόνιση του SMART-1.

Σαν σήμερα, στις 27 Σεπτεμβρίου 2003, έγινε η πρώτη αποστολή του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (European Space Agency – ESA) στη Σελήνη, με το διαστημικό σκάφος SMART-1.

Εκτός από την εξερεύνηση της Σελήνης και τη μελέτη χημικών στοιχείων στη σεληνιακή επιφάνεια, το διαστημικό σκάφος χρησιμοποίησε μ’ επιτυχία την τεχνολογία της ιονικής προώθησης για πλοήγηση και μια σειρά καινοτόμων τεχνικών ελέγχου της αποστολής. Η αποστολή αποδείχτηκε τεχνικά και επιστημονικά επιτυχημένη, συμβάλλοντας στην καθιέρωση της τεχνολογικής ικανότητας της Ευρώπης σε αυτή την πολλά υποσχόμενη τεχνολογία και στην σεληνιακή εξερεύνηση. Η ηλεκτρική ιονική προώθηση έστειλε το SMART-1 στη Σελήνη με μόλις 82 κιλά καύσιμα Xenon.

Ο Octavio Camino, διευθυντής
επιχειρήσεων διαστημοπλοίων.

Διευθυντής της επιχείρησης αποστολής του διαστημοπλοίου SMART-1 ήταν ο Ισπανός, ειδικός στις τηλεπικοινωνίες, Octavio Camino. Ο Camino περιγράφει την ομάδα ελέγχου πτήσης του SMART-1 ως «δραστήρια, καινοτόμο και ευέλικτη» και επεσήμανε ότι το «συνεχώς μεταβαλλόμενο και προκλητικό περιβάλλον των διαστημικών επιχειρήσεων» αποτέλεσε μία από τις πιο ευχάριστες πτυχές της δουλειάς του.

Η αποστολή του SMART-1 ολοκληρώθηκε μετά από πτήση 1072 ημερών, στις 3 Σεπτεμβρίου 2006, όταν το διαστημικό σκάφος υπέστη ελεγχόμενη σύγκρουση στο έδαφος της Σελήνης, γεγονός που έδωσε την δυνατότητα στους παρατηρητές του Κέντρου Ελέγχου να μάθουν για την επιφάνεια της Σελήνης.

Το SMART-1 εκτοξεύθηκε στις 27 Σεπτεμβρίου 2003 με την βοήθεια ενός πυραύλου Ariane 5, από το Kourou (Κουρού) της Γαλλικής Γουιάνας. Με τον ίδιο πύραυλο είχαν εκτοξευθεί το Insat3E, από την ISRO και το eBird 1, από την Eutelsat.

Η στιγμή της εκτόξευσης του SMART-1,
με την βοήθεια του πυραύλου Ariane 5.

Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του διαστημοπλοίου προς τη Σελήνη, με κατάλληλα όργανα, έγινε χαρτογράφηση της κατανομής πυκνότητας πλάσματος γύρω από τη Γη. Ο ιονικός προωθητής του σκάφους χρησιμοποιήθηκε σε όλη τη διάρκεια του ταξιδιού, συμπεριλαμβανομένης της καθόδου σε σεληνιακή τροχιά και στη συνέχεια της καθόδου στο σεληνιακό έδαφος.

Με την επιτάχυνση του SMART-1 να είναι μόλις στα 0,2 χιλιοστά/s2, μια απίστευτα ήπια ώθηση, το σκάφος θεωρητικά θα μπορούσε να πετάξει απευθείας έξω από το Ηλιακό Σύστημα, αν μπορούσε να διατηρηθεί για αρκετό καιρό. Στην πράξη, το SMART-1 χρησιμοποίησε τον ιονικό κινητήρα του κατά διαστήματα, για πάνω από 16 μήνες, πολεμώντας την βαρύτητα της Γης, για να καταφέρει να τεθεί τελικά σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη.

Η κεραία λήψης των σημάτων του SMART-1 στο Kourou.

Το SMART-1 δοκίμασε επίσης μελλοντικές τεχνικές επικοινωνίας στο διάστημα για διαστημικά οχήματα, τεχνικές για την επίτευξη αυτόνομης πλοήγησης διαστημικών σκαφών και επιστημονικά όργανα πολύ μικρά σε μέγεθος, που λειτουργούσαν στο ορατό, στο υπέρυθρο και σε μήκη κύματος ακτίνων Χ.

Στην πρώτη φάση του ταξιδιού το διαστημόπλοιο μπήκε σε γεωστατική τροχιά (geostationary-transfer orbit - GTO). Καθώς το SMART-1 αύξανε την απόστασή του από τη Γη, η ταχύτητά του έπεφτε. Σε απόσταση 200.000 χιλιομέτρων από τη Γη, το διαστημόπλοιο άρχισε να «αισθάνεται» την βαρυτική έλξη της Σελήνης.

Η περιοχή της Σελήνης στην οποία έπεσε το SMART-1, 
λίγο πριν τη σύγκρουση.

Ένα κρίσιμο στάδιο του ταξιδιού του SMART-1, ήταν το σημείο που ονομάζεται «σεληνιακή σύλληψη». Ήταν σαν να πέρασε από μια αόρατη «πόρτα» του διαστήματος, το λεγόμενο Σημείο Λαγκράνζ No.1 (Lagrange Point No.1 ή L1). Όπως είχε σημειώσει για πρώτη φορά ο μαθηματικός Joseph-Louis Lagrange το 1772, οι βαρυτικές επιδράσεις της Σελήνης και της Γης είναι σε ισορροπία στο σημείο L1. Το σημείο αυτό βρίσκεται σε απόσταση 50000 έως 60000 χιλιόμετρα από τη Σελήνη, προς τη γήινη πλευρά. Μετά από το L1, το SMART-1 πέταξε πάνω από τον σεληνιακό Βόρειο Πόλο, με στόχο ένα σημείο πλησιέστερης προσέγγισης πάνω από το Νότιο Πόλο, επιτυγχάνοντας έτσι μια ευρεία πολική τροχιά γύρω από τη Σελήνη. 

Το SMART-1 χρειάστηκε 16 μήνες πορεία για να μεταβεί από την γεωστατική τροχιά σε σεληνιακή τροχιά. Μπήκε σε σεληνιακή τροχιά στις 15 Νοεμβρίου 2004.     

Η εικόνα αποτελεί ένα μωσαϊκό φωτογραφιών από το
Νότιο πόλο της Σελήνης. Διακρίνονται σεληνιακοί κρατήρες.

Η τελική σεληνιακή τροχιά του SMART-1 ήταν πολική ελλειπτική τροχιά, σε απόσταση 300 έως 3000 χιλιόμετρα από την επιφάνεια της Σελήνης.

Κατά τη διάρκεια των εβδομάδων που ακολούθησαν από τη στιγμή που μπήκε σε σεληνιακή τροχιά, η ιονική μηχανή του SMART-1 μείωσε σταδιακά το μέγεθος και τη διάρκεια της τροχιάς του, βελτιώνοντας έτσι την εικόνα που ελάμβαναν τα επιστημονικά όργανα καταγραφής από την σεληνιακή επιφάνεια.

Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν τρεις σταθμοί για την παρακολούθηση του SMART-1, οι σταθμοί: ESTRACK της ESA στο Κουρού, η κεραία VIL-2 στη Villafranca και στο Perth. Αργότερα, χρησιμοποιήθηκαν ο μεταφερόμενος σταθμός της ESA και οι κεραίες VIL-1 επίσης στη Villafranca, ο σταθμός New Norcia στη Δυτική Αυστραλία καθώς και κεραία στο Weilheim της Γερμανίας.

Το διαστημόπλοιο SMART-1 είχε μήκος 14 μέτρα με ανοικτούς τους ηλιακούς συλλέκτες του. Όμως, στην πραγματικότητα ο,τιδήποτε αφορούσε την προώθηση, τις επικοινωνίες και τα επιστημονικά όργανα χωρούσαν σ’ ένα χώρο μεγέθους κύβου με ακμή 1 μέτρο.

Η προώθηση από ιονικό κινητήρα δεν ήταν η μόνη καινοτόμος τεχνολογία στο SMART-1. Οι ηλιακοί συλλέκτες του χρησιμοποιούσαν έναν προηγμένο τύπο ηλιακών κυψελών γαλλίου-αρσενιδίου αποφεύγοντας τις παραδοσιακές κυψέλες πυριτίου. Ακόμη, η αποστολή δοκίμασε νέες τεχνικές επικοινωνίας και πλοήγησης.

Το SMART-1 και οι θέσεις που βρίσκονταν τα 
επιστημονικά όργανα που μετέφερε.

Τα πιο σημαντικά επιστημονικά όργανα που μετέφερε το SMART-1 ήταν τα παρακάτω:

• EPDP  -  Για την παρακολούθηση της απόδοσης του ιονιοκινητήρα.

• SPEDE  -  Για ένα ηλεκτρικό πείραμα παρατήρησης της δέσμης των φορτισμένων σωματιδίων και των συναφών μαγνητικών πεδίων που προέρχονται από τον Ήλιο.

• KaTE  -  Σύστημα μικροκυμάτων – αποτέλεσε την αρχή μιας επόμενης γενιάς ραδιοσυνδέσμων στην μπάντα Ka μεταξύ της Γης και διαστημικών σκαφών σε μεγάλη απόσταση από τη Γη.

• RSIS  -  Ραδιο πείραμα – παρουσίασε ένα νέο τρόπο μέτρησης των περιστροφών των πλανητών και των φεγγαριών τους.

• Laser Link  -  Για πειράματα επικοινωνίας.

• OBAN  -  Για την αξιολόγηση της τεχνικής που χρησιμοποιούσε ένας υπολογιστής, υπεύθυνος για την αυτόνομη πλοήγηση του σκάφους.

Σχηματική αναπαράσταση του ιονικού προωθητή.

• AMIE  -  Μια εξαιρετικά συμπαγής ηλεκτρονική κάμερα που ερεύνησε το έδαφος του φεγγαριού στο εγγύς υπέρυθρο φως.

• SIR  -  Ένα φασματόμετρο υπέρυθρυ για την αναγνώριση ορυκτών στη Σελήνη.

• D-CIXS  -  Ένα τηλεσκόπιο ακτίνων Χ, με την βοήθεια του οποίου εντοπίστηκαν βασικά χημικά στοιχεία στη σεληνιακή επιφάνεια.

Κατά την εκτόξευση, η συνολική μάζα του διαστημικού σκάφους ήταν 370 κιλά. Όμως το ωφέλιμο φορτίο που χρειαζόταν να χρησιμοποιηθεί για τις προγραμματισμένες τεχνολογικές και επιστημονικές έρευνες ήταν μόλις 19 κιλά. Όπως και άλλα υλικά του διαστημικού σκάφους, τα επιστημονικά όργανα ήταν σε μέγεθος μινιατούρας για την εξοικονόμηση χώρου. Για παράδειγμα, το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ (D-CIXS) ήταν μεγέθους κύβου ακμής μόλις 15 εκατοστών και ζύγιζε λιγότερο από 5 κιλά.

Περιληπτική απεικόνιση κατά χρονική περίοδο, των 
διαφόρων φάσεων του ταξιδιού του SMART-1.

Το έργο της αποστολής SMART-1 καθοδηγήθηκε από μια ομάδα στο ESTEC στο Noordwijk της Ολλανδίας. Ο κύριος βιομηχανικός ανάδοχος ήταν η Σουηδική Διαστημική Επιχείρηση (SSC) μέσω του Τμήματος Συστημάτων Επιστήμης της. Περίπου 15 υπεργολάβοι και προμηθευτές από έξι ευρωπαϊκές χώρες συμμετείχαν στην κατασκευή του διαστημικού σκάφους. Για το ωφέλιμο φορτίο των επιστημονικών και τεχνολογικών οργάνων οι συν-ερευνητές προέρχονται από εννέα ευρωπαϊκές χώρες, από την ESA και από τις Ηνωμένες Πολιτείες.

Η ηλιακή-ηλεκτρική μηχανή κίνησης του σκάφους, η PPS-1350, αναπτύχθηκε από την SNECMA της Γαλλίας.

• Παρουσίαση του έργου SMART-1 (pdf, αγγλικά).

• Στοιχεία για την πτήση του SMART-1 ("Προς τον τελικό στόχο").

• Η αποστολή του SMART-1, από τους  G.D. Racca και G.P. Whitcomb (Scientific Projects Department, ESA Directorate for Scientific Programmes, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands) και B.H. Foing (Space Science Department, ESA Directorate for Scientific Programmes, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands).

• Βίντεο "Driving a Solar Engine to the Moon" ("Οδηγώντας μια ηλιακή μηχανή στο Φεγγάρι"), (αγγλικά, 4:43).

Πηγή: Today in Science History,  The European Space Agency