SMART-1號是歐洲航天局的首枚月球探測器，也是歐洲航天局“尖端技術(shù)研究小型任務(wù)”系列計劃中的第一項研究項目。歐洲航天局用“SMART”為探測器命名，主要是因為該探測器執(zhí)行的任務(wù)雖小，但研究的卻全部都是目前最為尖端的技術(shù)。2006年9月3日，對月球表面進行了撞擊，完成其最終使命。
簡介
Smart 1或SMART-1是一個借助太陽能離子推進器進入月球軌道的環(huán)月人造衛(wèi)星。'"SMART'"是用于先進技術(shù)研究的小型任務(wù)（Small Missions for Advanced Research in Technology）的縮寫。（LISA Pathfinder是SMART-2的另一個名字，SMART-1發(fā)射于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(xué)家的控制下，準(zhǔn)時對月球進行了撞擊試驗，完成其最終使命。
飛行器設(shè)計
SMART-1是一個輕量級的探測器（發(fā)射時重815磅/367千克，消耗燃料后減少至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(guān)于建造比類似美國美國航空航天局但更小更便宜的太空飛船計劃的一部分。
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(yīng)推進器（聚苯硫醚1350）. 其設(shè)計使得能夠產(chǎn)生的動力比起傳統(tǒng)化學(xué)燃料火箭更為持久。隨身攜帶的化學(xué)燃料儲備只有惰性的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(zhǔn)確的推動力是16100m/s（排氣速率）或1640秒，這已經(jīng)是化學(xué)火箭最大值的三倍。因為一千克化學(xué)燃料（占火箭重量的1/350至1/300）產(chǎn)生的ΔV只接近45m/s。
歐洲SMART-1號月球探測器大量采用模塊化、通用化設(shè)計和商用現(xiàn)貨軟硬件研制而成的“智慧—1號”探測器，是一個小型化航天器的杰作。它的起飛質(zhì)量為370公斤，在太空展開后，其外形呈現(xiàn)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(zhì)量雖然僅為19公斤，但卻包括用于完成10多項技術(shù)試驗和科學(xué)研究的儀器設(shè)備。
能源利用
SMART-1號是世界上第一個采用太陽能離子發(fā)動機作為主要推進系統(tǒng)的探測器，該發(fā)動機利用探測器自身太陽能帆板產(chǎn)生的帶電粒子束作為動力。運用離子推進技術(shù)的發(fā)動機，從離開地球到最終到達(dá)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(tǒng)化學(xué)燃料發(fā)動機高10倍。
太陽能等離子體發(fā)動機屬于太陽能電火箭發(fā)動機的一種，因此又將其稱為電火箭。它是正在發(fā)展中的新技術(shù)，屬于非常規(guī)推進系統(tǒng)?！爸腔邸?號”上采用的這種新型動力裝置，利用高效化鎵太陽能帆板把太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，并通過特設(shè)結(jié)構(gòu)使部分電能產(chǎn)生電磁場；同時利用稀有惰性氣體氙氣作為工作介質(zhì)。該新型動力裝置在航天器上還是首次使用，它比通常使用的化學(xué)火箭的效率要高出10倍，且需工作介質(zhì)較少，可使航天器攜帶更多的有效載荷。由于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(tài)下連續(xù)工作幾年時間。
這種動力裝置的缺點是產(chǎn)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(wù)
作為"用于先進技術(shù)研究的小型任務(wù)"計畫的一部分，SMART-1將會測試新的航天技術(shù)，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(xué)設(shè)備的使用，這些設(shè)備可能更為有效. 如果成功，這些技術(shù)將會在將來的歐洲航天局任務(wù)中使用。
任務(wù)的第二個目標(biāo)是獲取關(guān)于月球的更多信息，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射線和紅外線遙感采樣繪制地圖，從不同的角度拍摂圖片并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(xué)組成. 一個特別的目標(biāo)是使用紅外線搜尋月球南極洲固態(tài)水的存在，那里從未被太陽輻射直接照射過. 它也將對月球的Peak of Eternal Light進行地圖采樣，該地形的山頂永久性的曝露在太陽輻射之下，而周遭的環(huán)形山則永遠(yuǎn)出于陰影中. 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(jīng)過精確的位置調(diào)整和運作后，SMART-1進入到距離月球表面470公里到2900公里的最終軌道，并在這一軌道上進行大量科學(xué)試驗。
“智慧—1號”的首要任務(wù)是驗證新型推進系統(tǒng)，其次才是探測和研究月球。所謂驗證新型推進系統(tǒng)，就是測試為“智慧—1號”提供飛行動力的太陽能等離子體發(fā)動機的技術(shù)性能和工作可靠性。
科學(xué)家們通過探測器上攜帶的X射線分光光度計等設(shè)備，詳細(xì)繪制了月球表面地形地貌圖和礦物分布圖，研究其表面巖石的化學(xué)成分，探尋小行星45億萬年前撞擊地球產(chǎn)生月球的過程。SMART-1的另外一項任務(wù)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(qū)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余燃料用于完成最后的撞擊任務(wù)。
2006年9月3日13時51分消息，歐洲宇航局宣布，格林威治時間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。歐洲航天局估計，撞地的地點在月球的西經(jīng)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型火箭在法屬圭亞那的Kourou一起發(fā)射升空. 其發(fā)射后42分鐘即進入654 x 35 885 km的離地靜止軌道. 在那里，SMART-1將在13個月中使用SEPP逐漸尾旋脫離. 2004年11月11日它穿過拉格朗日點 L1并且進入月球重力影響區(qū)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.
歐洲航天局于2005年2月15日宣布，已經(jīng)批準(zhǔn)了關(guān)于延長一年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(xiàn)了很多世界第一，為歐洲乃至全世界的科學(xué)家提供了大量新的數(shù)據(jù)，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(nèi)容納了大量高科技設(shè)備，也的確名副其實。以其離子發(fā)動機為例，拋棄了短時間內(nèi)能量巨大的傳統(tǒng)太空燃料，使用噴射出離子的方式來推動飛行器，而點燃發(fā)動機的也是相對溫柔的“太陽能”，其推動力僅僅相當(dāng)于托起一張明信片。此外，“智能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(shè)備，這些設(shè)備自月球軌道拍攝并傳回了月球表面的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(xué)家第一次獲得了月球表面包括鈣和鎂在內(nèi)的一些化學(xué)元素的含量數(shù)據(jù)。
“智能1號”長時間環(huán)繞月球極地軌道飛行，繪制了月球表面的整體外貌圖，其中包括過去人們?nèi)狈α私獾脑虑虿豢捎^測面和極地概貌?！爸悄? 號”不但讓科學(xué)界第一次發(fā)現(xiàn)月球極地與赤道區(qū)域的許多不同地質(zhì)構(gòu)造，也讓人類第一次發(fā)現(xiàn)在接近月球北極存在一個“日不落”區(qū)域，這個區(qū)域甚至在冬季都始終有陽光照耀。
2003年9月，“智能1號”在法屬圭亞那的歐洲航天局發(fā)射中心被阿麗亞娜5型運載火箭帶入太空，并進入一個橢圓形的軌道圍繞地球飛行。隨后其先進的太陽能電力推進系統(tǒng)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，并且花費了十幾個月，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(xiàn)實，從此揭開了人類探索太空新的篇章。
重要事件與發(fā)現(xiàn)
* 2004年6月17日： SMART-1使用傳回了對地球照下的測試圖像，該相機將用于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(shè)備
* 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(fā)回月球表面第一個近距離圖像.
* 2005年2月27日：達(dá)到最終的環(huán)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(guān)系非常密切，關(guān)于月球的起源一直是人類不斷探討的話題之一。繼1969年阿波羅飛船登月后，人類正在掀起探測月球的第二次高潮，按照計劃，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(rèn)月球的起源。通過第一輪的探測，人類對月球的形成已經(jīng)有了新的看法，認(rèn)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(zhì)圍繞地球旋轉(zhuǎn)聚集而成。然而，這還只是一個假說，需要經(jīng)過人類的進一步探索來驗證。
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。新一輪探月有助于人類未來對這些資源的開采和利用。
第三，月球?qū)蔀槿祟愋碌目茖W(xué)基地，其中包括設(shè)立月球天文臺，這是由于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(xiàn)這些愿望。
隨著科學(xué)技術(shù)的進步，撞擊天體，取回天體內(nèi)部的物質(zhì)研究，從而探索該天體的成因和成分，這一辦法已經(jīng)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(guī)模小了不少，但這并不影響撞擊的意義。
三大成就
成就一
科學(xué)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(dá)姆施泰特歐洲航天控制中心，目睹了“SMART-1”的最后時刻。當(dāng)操作人員宣布“我們已經(jīng)著陸”時，控制中心大廳內(nèi)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(jīng)細(xì)致計劃，為的是便于地面觀測者通過望遠(yuǎn)鏡觀察撞擊過程。全球職業(yè)和業(yè)余天文學(xué)家這次均獲良機目擊撞擊過程，由地面觀測者采集的數(shù)據(jù)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(shè)備，從月球軌道拍攝并傳回了月球表面的2 萬多張圖像，清晰程度前所未有。
負(fù)責(zé)“SMART-1”探險任務(wù)的科學(xué)家伯納德。富萬說，X 射線分光計和紅外線幫助科學(xué)家第一次獲得月球表面鈣和鎂等化學(xué)元素的含量數(shù)據(jù)，描繪出了月球元素和礦物分布的最詳細(xì)地圖。
他說，“SMART-1”還觀察了神秘的月球極點，并調(diào)查了未來值得探索的區(qū)域。如果月球極點像一些科學(xué)家們所希望那樣存在固態(tài)水的話，那么人類未來開發(fā)月球?qū)碛袠O端重要的生存條件。
“SMART-1的測量還為有關(guān)月球生成和進化的理論收集了證據(jù)，”富萬說，大多數(shù)月球研究者認(rèn)為，月球是在45億年前由一個火星大小的小行星撞擊地球后形成的。但這一理論尚有諸多未明之處，例如月球大部分物質(zhì)來自兩個相撞星球中哪一個。
成就二
離子發(fā)動機省能耗
早在“SMART-1”按計劃順利撞擊月球之前，科學(xué)家們已經(jīng)在慶祝一項重要成就，即太陽能離子發(fā)動機試驗成功。這并非人類首次在太空探險中使用離子發(fā)動機，首先使用這一技術(shù)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(xué)家們讓“SMART-1”“舍近求遠(yuǎn)”，先進入地球同步軌道，隨后點燃離子推進器，逐步擴大其環(huán)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(yuǎn)，只消耗了大約70公斤燃料，大約為使用化學(xué)燃料發(fā)動機的傳統(tǒng)航天器所需燃料的1/10.
“SMART-1”使用氙氣燃料。太陽能離子推進器可將太陽能轉(zhuǎn)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，“智能1 號”噴出的是鬼火般的藍(lán)色光。
不過，操作離子發(fā)動機比化學(xué)液體發(fā)動機更復(fù)雜。傳統(tǒng)燃料航天器在升空之后不需要不斷調(diào)整角度和方向，離子發(fā)動機由于一直處于推進過程，必須隨時監(jiān)控和校正。這1 年多時間里，德國達(dá)姆施泰特地面控制中心的科學(xué)家們已經(jīng)熟練掌握這些技術(shù)。
成就三
為撞月球提供經(jīng)驗
富萬在接受美國 網(wǎng)站采訪時說，“SMART-1”是即將升空的一系列月球探測器的先驅(qū)。他指出，2006年7 月，第八屆國際月球探測與利用大會發(fā)表《北京宣言》 ，宣言中要求各國應(yīng)從頭至尾記錄探月行動計劃，并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(jīng)驗”。
“SMART-1”探險期間，歐洲航天局邀請其他多個國家準(zhǔn)備對月球展開“撞擊行動”的科學(xué)家加入其中，向他們提供經(jīng)驗，比如準(zhǔn)備于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洲，希望能找到那里有水和其他化合物的痕跡。
在技術(shù)層面，“SMART-1”也是未來太空任務(wù)的先鋒，“SMART-1”運行總管奧克塔維奧?？字Z- 拉莫斯說，“SMART-1”給科學(xué)家們留下寶貴經(jīng)驗，這次“探險”好比引導(dǎo)一艘小帆船去經(jīng)受旋風(fēng)和暗流的考驗，但它經(jīng)受住了考驗。
“我們已經(jīng)顯示離子推進器可行，”卡米諾說，離子發(fā)動機將成為未來10年中歐洲航天局執(zhí)行另兩項太空探險任務(wù)時的選擇，即探索水星的“BepiColombo ”探測器和近距離環(huán)繞太陽飛行的“Solar 軌道飛行器 ”探測器。預(yù)計于2013年發(fā)射的“BepiColombo ”探測器將先使用傳統(tǒng)推動裝置迅速沖出地球軌道，然后再用離子發(fā)動機推動奔向目標(biāo)。
同時，卡米諾說，這一推進技術(shù)還可用于建造飛往月球的大型貨運航天器，以在月球建立首個永久性基地，或者用于首次載人火星飛行。
除此之外，“SMART-1”的創(chuàng)新還包括一套全新通訊系統(tǒng)、新一代太陽能電池板和一套傳感和掃描設(shè)備。這套傳感和掃描設(shè)備簡直是“小型化技術(shù)的奇跡”，7 件設(shè)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，印度計劃于2007年或2008年開始的Chandrayaan-1無人探月飛行計劃將使用這種設(shè)備。
當(dāng)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，其中部分原因在于“智能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(shù)和科學(xué)角度看，都有非常好的投資回報，”歐洲航天局科學(xué)主管戴維。索思伍德說，“看來，從現(xiàn)在起，地球上的每個人都將計劃前往月球了，進一步的科學(xué)探險行動將從這個小航天器的技術(shù)和操控經(jīng)驗中受益良多，同時SMART-1收集的科學(xué)數(shù)據(jù)已經(jīng)在幫助我們更新對月球的現(xiàn)有認(rèn)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。
歐洲航天局估計，撞地的地點在月球的西經(jīng)46.2度、南緯34.4度。歐洲航天局隨后將公布更多的關(guān)于這次撞擊月球行動的信息。
歐洲宇航局官員稱，SMART-1 號是準(zhǔn)時撞擊月球表面，激起了大量的月球塵埃，接下來科學(xué)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(fā)射升空，2004年11月抵達(dá)月球上空的近月軌道。此后，SMART-1 號進入到距離月球表面470 公里到2900公里的最終軌道，并在這一軌道上進行了大量科學(xué)試驗。
關(guān)于月球起源是個十分古老的問題，傳統(tǒng)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(xué)家提出了一個嶄新的假說。該假說認(rèn)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(chǎn)生的部分碎片形成月球，但這也僅限于推測。
面對幾種學(xué)說的爭議，科學(xué)家希望通過測量月球成分得到答案，科學(xué)家和廣大天文學(xué)者都期待“Smart-1 ”的撞擊能揭開這個謎團。
撞擊區(qū)域
SMART-1發(fā)回最后一組照片：自己的“墓地”（紅色標(biāo)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(qū)——SMART-1 自己的“墓地”，這也是SMART-1 號發(fā)回的最后一組照片。
高級月球成像實驗照相機是于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(yuǎn)離SMART-1 近月點，或最接近月球的地點。所用攝像設(shè)備的地面分辨率達(dá)到每像素120 米。這組照片的位置靠近月球左側(cè)的中南緯度，屬于所謂的“卓越湖?！睘榕臄z這些照片，SMART-1 必須傾斜20度，以獲得更大范圍的地面覆蓋率以及多角度的圖片，每一面的覆蓋區(qū)域大約60公里。
SMART-1 將從北向南飛行，在到達(dá)名義近月點（位于撞擊位置南側(cè)）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(jīng)最后一條軌道和撞擊區(qū)域地形所決定的。根據(jù)對現(xiàn)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 預(yù)計將于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，北京時間13時42分20秒）撞擊月球，撞擊點位于西經(jīng)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(yīng)該會飛經(jīng)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(jù)這些來自SMART-1 的圖片，Clausius坑邊緣顯得很低，且遭到腐蝕，或許處于SMART-1 最后一個近月點以下。歐洲航天局Smart-1 探月項目科學(xué)家伯納德。弗因說：“如果SMART-1 安全經(jīng)過Clausius坑邊緣，它將進行最后一圈月球軌道之旅，接著走向死亡?！?/p>
參考資料 >
“智能1號”小檔案(圖).國家航天局.2024-05-11