SMART-1 - SMART-1

INTELIGENTE-1
Impresión artística de la misión SMART-1 ESA199399.jpg
Impresión artística de SMART-1
Tipo de misión Tecnología
orbitador lunar
Operador ESA
ID COSPAR 2003-043C
SATCAT no. 27949
Sitio web INTELIGENTE-1
Duración de la misión 2 años, 11 meses, 6 días, 6 horas, 27 minutos, 36 segundos
Propiedades de la nave espacial
Fabricante Corporación Espacial Sueca
Masa de lanzamiento 367 kilogramos (809 lb)
Secado masivo 287 kilogramos (633 lb)
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento 27 de septiembre de 2003, 23:14:46  UTC ( 2003-09-27UTC23: 14: 46Z )
Cohete Ariane 5G
Sitio de lanzamiento Kourou ELA-3
Contratista Arianespace
Fin de la misión
Fecha de decaimiento 3 de septiembre de 2006, 05:42:22  UTC ( 2006-09-03UTC05: 42: 23Z )
Parámetros orbitales
Sistema de referencia Selenocéntrico
Excentricidad 0.352054
Altitud de periseleno 2.205 kilómetros (1.370 mi)
Altitud aposelene 4.600 kilómetros (2.900 millas)
Inclinación 90,26 grados
Período 4,95 horas
Época 18 de julio de 2005, 11:14:28 UTC
Orbitador lunar
Inserción orbital 15 de noviembre de 2004
Sitio de impacto 34 ° 15′43 ″ S 46 ° 11′35 ″ O / 34,262 ° S 46,193 ° W / -34,262; -46.193
Insignia de misión heredada ISO
Insignia heredada de la ESA para la misión   SMART-1

SMART-1 era un satélite de la Agencia Espacial Europea de diseño sueco que orbitaba alrededor de la Luna . Fue lanzado el 27 de septiembre de 2003 a las 23:14 UTC desde el Centro Espacial de Guayana en Kourou , Guayana Francesa . "SMART-1" son las siglas de Small Missions for Advanced Research in Technology-1 . El 3 de septiembre de 2006 (05:42 UTC), SMART-1 se estrelló deliberadamente contra la superficie de la Luna, poniendo fin a su misión.

Diseño de naves espaciales

SMART-1 tenía aproximadamente un metro de ancho (3,3 pies) y era liviano en comparación con otras sondas. Su masa de lanzamiento fue de 367 kg o 809 libras, de las cuales 287 kg (633 libras) no eran propulsores.

Fue propulsado por un propulsor de efecto Hall de energía solar (Snecma PPS-1350 -G) utilizando 82 kg de gas xenón contenido en un tanque de 50 litros a una presión de 150 bar en el lanzamiento. El propulsor del motor de iones utilizó un campo electrostático para ionizar el xenón y acelerar los iones logrando un impulso específico de 16,1 kN · s / kg (1.640 segundos), más de tres veces el máximo de los cohetes químicos. Un kg de propulsor (1/350 a 1/300 de la masa total de la nave espacial) produjo un delta-v de aproximadamente 45 m / s. El subsistema de propulsión eléctrica pesaba 29 kg con un consumo máximo de energía de 1200 vatios. SMART-1 fue el primero en el programa de Pequeñas Misiones de Investigación y Tecnología Avanzadas de la ESA.

Los paneles solares con capacidad de 1850 W al comienzo de la misión, pudieron proporcionar el conjunto máximo de 1,190 W al propulsor, dando un empuje nominal de 68 mN, por lo tanto, una aceleración de 0,2 mm / s 2 o 0,7 m / s. por hora (es decir, poco menos de 0,00002 g de aceleración). Al igual que con todas las naves con motor de iones, las maniobras orbitales no se llevaron a cabo en ráfagas cortas sino muy gradualmente. La trayectoria particular tomada por SMART-1 a la Luna requirió empuje durante aproximadamente un tercio a la mitad de cada órbita. Cuando se alejaba en espiral de la Tierra, el empuje se realizaba en la parte del perigeo de la órbita. Al final de la misión, el propulsor había demostrado la siguiente capacidad:

  • Tiempo de funcionamiento del propulsor: 5000 h
  • Rendimiento de xenón: 82 kg
  • Impulso total: 1,2 MN-s
  • ΔV total: 3,9 km / s

Como parte de la estrategia de la Agencia Espacial Europea para construir naves espaciales muy económicas y relativamente pequeñas , el costo total de SMART-1 fue relativamente pequeño de 110 millones de euros (alrededor de 170 millones de dólares estadounidenses ). SMART-1 fue diseñado y desarrollado por la Swedish Space Corporation en nombre de la ESA . El montaje de la nave espacial fue realizado por Saab Space en Linköping . Las pruebas de la nave espacial fueron dirigidas por Swedish Space Corporation y ejecutadas por Saab Space. El director del proyecto de la ESA fue Giuseppe Racca hasta que la nave alcanzó la órbita operativa lunar. Luego fue reemplazado por Gerhard Schwehm para la fase de Ciencia. El director del proyecto de la Swedish Space Corporation fue Peter Rathsman. El científico principal del proyecto fue Bernard Foing . El director del segmento terrestre durante la fase de preparación fue Mike McKay y el director de operaciones de la nave espacial fue Octavio Camino .

Instrumentos

AMIE

El experimento avanzado de micro-imágenes de la luna fue una cámara en color en miniatura para imágenes lunares. La cámara CCD con tres filtros de 750, 900 y 950 nm pudo tomar imágenes con una resolución promedio de píxeles de 80 m (aproximadamente 260 pies). La cámara pesaba 2,1 kg (alrededor de 4,5 libras) y tenía un consumo de energía de 9 vatios.

D-CIXS

La demostración de un espectrómetro de rayos X compacto fue un telescopio de rayos X para la identificación de elementos químicos en la superficie lunar. Detectó la fluorescencia de rayos X (XRF) de compuestos cristalinos creados a través de la interacción de la capa de electrones con las partículas del viento solar para medir la abundancia de los tres componentes principales: magnesio , silicio y aluminio . La detección de hierro , calcio y titanio dependía de la actividad solar. El rango de detección de rayos X fue de 0,5 a 10 keV. El espectrómetro y XSM (descritos a continuación) pesaban juntos 5,2 kg y tenían un consumo de energía de 18 vatios.

XSM

El monitor solar de rayos X estudió la variabilidad solar para complementar las mediciones de D-CIXS.

SEÑOR

El espectrómetro infrarrojo Smart-1 era un espectrómetro infrarrojo para la identificación de espectros minerales de olivino y piroxeno . Detectó longitudes de onda de 0,93 a 2,4 μm con 256 canales. El paquete pesaba 2,3 kg y tenía un consumo de energía de 4,1 vatios.

EPDP

El paquete de diagnóstico de propulsión eléctrica debía adquirir datos sobre el nuevo sistema de propulsión en SMART-1. El paquete pesaba 0,8 kg y tenía un consumo de energía de 1,8 vatios.

VELOCIDAD

El experimento de potencial, electrones y polvo de la nave espacial. El experimento pesó 0,8 kg y tuvo un consumo de energía de 1,8 vatios. Su función era medir las propiedades y la densidad del plasma alrededor de la nave espacial, ya sea como sonda Langmuir o como sonda de campo eléctrico. SPEDE observó la emisión del motor de iones de la nave espacial y la "estela" que la Luna deja al viento solar . A diferencia de la mayoría de los otros instrumentos que deben apagarse para evitar daños, SPEDE podría seguir midiendo el interior de los cinturones de radiación y en tormentas solares, como las tormentas solares de Halloween 2003 . Fue construido por el Instituto Meteorológico de Finlandia y su nombre fue elegido intencionalmente para que su acrónimo sea el mismo que el apodo de Spede Pasanen , un famoso actor, productor e inventor de cine finlandés. Los algoritmos desarrollados para SPEDE se utilizaron más tarde en el módulo de aterrizaje Philae de la ESA .

KATE

K una banda de TT & C (telemetría, seguimiento y control) Experimento. El experimento pesó 6,2 kg y tuvo un consumo de energía de 26 vatios. El transpondedor de banda Ka fue diseñado como precursor de Bepi Colombo para realizar investigaciones científicas de radio y para monitorear el desempeño dinámico del sistema de propulsión eléctrica.

Vuelo

SMART-1 fue lanzado el 27 de septiembre de 2003 junto con Insat 3E y eBird 1 , por un cohete Ariane 5 desde el Centro Espacial de Guayana en la Guayana Francesa . Después de 42 minutos, fue liberado en una órbita de transferencia geoestacionaria de 7.035 × 42.223 km. A partir de ahí, utilizó su propulsión primaria eléctrica solar (SEPP) para salir gradualmente en espiral durante trece meses.

La órbita se puede ver hasta el 26 de octubre de 2004 en spaceref.com , cuando la órbita era de 179.718 × 305.214 km. En esa fecha, después del pulso 289 del motor, el SEPP había acumulado un tiempo de activación total de casi 3.648 horas de un tiempo de vuelo total de 8.000 horas, por lo tanto, un poco menos de la mitad de su misión total. Consumió alrededor de 58,8 kg de xenón y produjo un delta-v de 2737 m / s (46,5 m / s por kg de xenón, 0,75 m / s por hora puntual). Se volvió a encender el 15 de noviembre durante un tiempo de combustión planificado de 4,5 días para entrar de lleno en la órbita lunar. Se necesitó hasta febrero de 2005, utilizando el propulsor eléctrico, para desacelerar hasta la órbita final 300-3.000 km por encima de la superficie de la Luna. El rendimiento final de la misión demostrado por el sistema de propulsión se indica más arriba.

Resumen de elementos orbitales geocéntricos osculantes
Época (UTC) Perigeo (km) Apogeo (km) Excentricidad Inclinación (grados)
(al ecuador terrestre)
Periodo (h)
27 de septiembre de 2003 ~ 7.035 ~ 42,223 ~ 0,714 ~ 6,9 ~ 10.6833
26 de octubre de 2003, 21: 20: 00.0 8.687.994 44,178.401 0,671323 6,914596 11.880450
19 de noviembre de 2003, 04: 29: 48.4 10.843,910 46.582,165 0,622335 6.861354 13.450152
19 de diciembre de 2003, 06: 41: 47.6 13.390,351 49,369.049 0.573280 6.825455 15.366738
29 de diciembre de 2003, 05: 21: 47.8 17.235,509 54,102.642 0.516794 6.847919 18.622855
19 de febrero de 2004, 22: 46: 08.6 20,690.564 65.869,222 0.521936 6.906311 24.890737
19 de marzo de 2004, 00: 40: 52.7 20.683,545 66,915.919 0.527770 6.979793 25.340528
25 de agosto de 2004, 00:00:00 37.791,261 240.824,363 0,728721 6.939815 143.738051
19 de octubre de 2004, 21: 30: 45.9 69,959.278 292,632.424 0,614115 12.477919 213.397970
24 de octubre de 2004, 06: 12: 40.9 179,717.894 305,214.126 0.258791 20.591807 330.053834

Después de su último perigeo el 2 de noviembre, el 11 de noviembre de 2004 pasó por el punto Lagrangiano L 1 y entró en el área dominada por la influencia gravitacional de la Luna , y a las 1748 UT del 15 de noviembre pasó el primer periseleno de su órbita lunar. La órbita osculante en esa fecha era de 6.704 × 53.208 km, con un período orbital de 129 horas, aunque la órbita real se logró en solo 89 horas. Esto ilustra el impacto significativo que tienen las quemaduras del motor en la órbita y marca el significado de la órbita osculadora, que es la órbita que recorrería la nave espacial si en ese instante cesaran todas las perturbaciones, incluido el empuje.

Resumen de osculating elementos orbitales selenocentric
Época (UTC) Periseleno (km) Aposelene (km) Excentricidad Inclinación (grados)
(al ecuador lunar)
Periodo (h)
15 de noviembre de 2004, 17: 47: 12.1 6.700.720 53.215,151 0,776329 81.085 129.247777
4 de diciembre de 2004 10: 37: 47.3 5.454,925 20,713.095 0.583085 83.035 37.304959
9 de enero de 2005, 15: 24: 55.0 2.751.511 6,941.359 0,432261 87.892 8.409861
28 de febrero de 2005, 05: 18: 39.9 2.208,659 4.618,220 0.352952 90.063603 4.970998
25 de abril de 2005, 08: 19: 05.4 2,283.738 4.523.111 0.328988 90.141407 4.949137
16 de mayo de 2005, 09: 08: 52.9 2,291.250 4.515.857 0.326807 89.734929 4.949919
20 de junio de 2005, 10: 21: 37.1 2,256.090 4.549.196 0.336960 90.232619 4.947432
18 de julio de 2005, 11:14: 28.0 2.204,645 4.600,376 0.352054 90.263741 4.947143

La ESA anunció el 15 de febrero de 2005 que ampliaría la misión del SMART-1 un año hasta agosto de 2006. Esta fecha se cambió posteriormente al 3 de septiembre de 2006 para permitir más observaciones científicas desde la Tierra.

Impacto lunar

SMART-1 impactó la superficie de la Luna, como estaba previsto, el 3 de septiembre de 2006 a las 05:42:22 UTC , poniendo fin a su misión. Moviéndose a aproximadamente 2.000 m / s (4.500 mph), SMART-1 creó un impacto visible con telescopios terrestres desde la Tierra. Se espera que esto no solo proporcione algunos datos que simulen el impacto de un meteorito , sino que también podría exponer materiales en el suelo, como hielo de agua, a análisis espectroscópicos .

ESA originalmente estimado que el impacto se produjo a 34,4 ° S 46,2 ° W . En 2017, el lugar del impacto se identificó a partir orbitador lunar de reconocimiento de datos a 34.262 ° S 46.193 ° W . En el momento del impacto, la Luna era visible en América del Norte y del Sur, y en lugares del Océano Pacífico, pero no en Europa, África o Asia occidental. 34 ° 24′S 46 ° 12′W /  / -34,4; -46,234 ° 15′43 ″ S 46 ° 11′35 ″ O /  / -34,262; -46.193

Este proyecto ha generado datos y conocimientos que se utilizarán para otras misiones, como la misión BepiColombo de la ESA a Mercurio .

Acontecimientos y descubrimientos importantes

  • 27 de septiembre de 2003: SMART-1 lanzado desde el puerto espacial europeo en Kourou por un lanzador Ariane 5 .
  • 17 de junio de 2004: SMART-1 tomó una imagen de prueba de la Tierra con la cámara que luego se usaría para fotografías de primer plano de la Luna. Muestra partes de Europa y África. Fue tomada el 21 de mayo con la cámara AMIE.
  • 2 de noviembre de 2004: último perigeo de la órbita terrestre.
  • 15 de noviembre de 2004: Primera periluna de la órbita lunar.
  • 15 de enero de 2005: Detección de calcio en Mare Crisium .
  • 26 de enero de 2005: Se envían las primeras imágenes de cerca de la superficie lunar.
  • 27 de febrero de 2005: alcanzó la órbita final alrededor de la Luna con un período orbital de aproximadamente 5 horas.
  • 15 de abril de 2005: Comienza la búsqueda de PEL .
  • 3 de septiembre de 2006: la misión termina con un choque planeado contra la Luna durante la órbita número 2.890.

Operaciones y segmento de tierra Smart-1

Nave espacial Smart-1

Las operaciones Smart-1 se llevaron a cabo desde el Centro Europeo de Operaciones Espaciales de la ESA ESOC en Darmstadt, Alemania, dirigido por el director de operaciones de la nave espacial Octavio Camino .

El segmento terrestre de Smart-1 fue un buen ejemplo de reutilización de infraestructura en la ESA: infraestructura de dinámica de vuelo y sistema de distribución de datos (DDS) de Rosetta , Mars Express y Venus Express . El software del sistema de control de misión genérico SCOS 2000 y un conjunto de elementos de interfaz genéricos que utilizan la ESA para las operaciones de sus misiones.

El uso de los estándares CCSDS TLM y TC permitió una adaptación rentable de siete terminales diferentes de la red de seguimiento de la ESA ( ESTRACK ) más Weilheim en Alemania (DLR).

Los componentes que se desarrollaron específicamente para Smart-1 fueron: el simulador; una combinación de hardware y software derivado del equipo EGSE del Equipo Eléctrico de Soporte en Tierra, el Sistema de Planificación de la Misión y el Sistema de Automatización desarrollado a partir de MOIS (este último basado en un prototipo implementado para Envisat ) y un conjunto de herramientas de ingeniería llamado MUST . Esto último permitió a los ingenieros de Smart-1 realizar una investigación de anomalías a través de Internet, siendo pioneros en el monitoreo de la ESA del TLM de naves espaciales utilizando teléfonos móviles y PDA y recibiendo alarmas de naves espaciales a través de SMS . El Equipo de Control de Misión estaba compuesto por siete ingenieros en el Equipo de Control de Vuelo FCT, un grupo variable entre 2 a 5 ingenieros de Dinámica de Vuelo y 1 a 2 ingenieros de Sistemas de Datos. A diferencia de la mayoría de las misiones de la ESA, no había controladores de naves espaciales (SPACON) y todas las operaciones y actividades de planificación de misiones las realizaba el FCT. Este concepto originó las horas extraordinarias y los turnos nocturnos durante los primeros meses de la misión, pero funcionó bien durante el crucero y las fases lunares. La principal preocupación durante los primeros 3 meses de la misión fue dejar los cinturones de radiación lo antes posible para minimizar la degradación de los paneles solares y los CCD rastreadores de estrellas.

El primer problema y el más crítico se produjo después de la primera revolución cuando una falla en el algoritmo de Corrección y Detección de Errores (EDAC) a bordo desencadenó un cambio autónomo a la computadora redundante en cada órbita, lo que provocó varios reinicios, encontrando la nave espacial en modo SEGURO después de cada pasaje por el pericentro. . El análisis de la telemetría de la nave espacial apuntó directamente a un problema provocado por la radiación con la rutina de interrupción del EDAC.

Otras anomalías durante este período fueron una combinación de problemas ambientales: altas dosis de radiación, especialmente en los rastreadores de estrellas y anomalías del software a bordo: la codificación Reed Solomon se corrompió después de cambiar las velocidades de datos y tuvo que desactivarse. Fue superado por procedimientos y cambios en el enfoque de operaciones terrestres. Los rastreadores de estrellas también fueron objeto de frecuentes contratiempos durante el escape de la tierra y causaron algunas de las interrupciones de la propulsión eléctrica (EP). Todos se resolvieron con varios parches de software.

El EP mostró sensibilidad a las paradas inducidas por radiación. Este fenómeno identificado como Optoacoplador Single Event Transient (OSET), inicialmente visto en LEOP durante el primer disparo usando el cátodo B, se caracterizó por una caída rápida en la corriente del ánodo que desencadenó el bit de alarma 'Flame Out' que provocó el apagado del EP. . Se identificó que el problema era la sensibilidad del optoacoplador inducida por radiación. La recuperación de tales eventos fue reiniciar el propulsor. Esto se hizo manualmente durante varios meses hasta que se desarrolló un parche de software a bordo (OBSW) para detectarlo e iniciar un reinicio autónomo del propulsor. Su impacto se limitó al cálculo de predicción de órbita utilizado por las estaciones terrestres para rastrear la nave espacial y las subsiguientes correcciones de órbita.

Los diferentes tipos de anomalías y las frecuentes interrupciones en el empuje de la propulsión eléctrica llevaron a un aumento del apoyo de las estaciones terrestres y horas extras del equipo de operaciones de vuelo que tuvo que reaccionar rápidamente. Su recuperación a veces requería mucho tiempo, especialmente cuando la nave espacial se encontraba en modo SEGURO. En general, impidieron ejecutar las operaciones como se planeó originalmente con un pase de 8 horas cada 4 días.

Descenso de la órbita lunar Smart-1

La misión negoció el uso de la capacidad de reserva de la red ESTRACK . Este concepto permitió una cobertura de red aproximadamente ocho veces adicional sin costo adicional, pero generó gastos generales y conflictos inesperados. En última instancia, permitió contactos adicionales con la nave espacial durante la etapa inicial de la misión y un importante aumento de la ciencia durante la fase lunar. Esta fase requirió una importante reconfiguración de las tiendas a bordo y su funcionamiento. Este cambio fue diseñado por el equipo de control de vuelo de ESOC e implementado por la Corporación Espacial Sueca en un corto tiempo requerido para reescribir parte de los Procedimientos de Control de Vuelo FOP para las operaciones en la luna.

Las operaciones durante la fase lunar se vuelven altamente automatizadas: el apuntado de la dinámica de vuelo fue "controlado por menú" permitiendo que más del 98% de las órdenes sean generadas por el Sistema de Planificación de la Misión MPS. La extensión del sistema MPS con el llamado MOIS Executor, se convirtió en el sistema de automatización Smart-1. Permitió operar el 70% de los pases sin tripulación hacia el final de la misión y permitió la validación del primer "sistema de automatización de naves espaciales" operativo en la ESA.

La misión logró todos sus objetivos: salir de la influencia de los cinturones de radiación 3 meses después del lanzamiento, salir en espiral durante 11 meses y ser capturada por la luna mediante resonancias, la puesta en marcha y operaciones de todos los instrumentos durante la fase de crucero y la optimización de la navegación. y procedimientos operativos requeridos para la operación de propulsión eléctrica. Las eficientes operaciones de la propulsión eléctrica en la luna permitieron la reducción del radio orbital beneficiando las operaciones científicas y extendiendo esta misión en un año más.

En la ref.

Smart- 1 fases de misión

  • Lanzamiento y fase de órbita temprana: Lanzamiento el 27 de septiembre de 2003, órbita inicial de 7.029 x 42263 km.
  • Van Allen Belt Escape: estrategia de empuje continuo para elevar el radio del perigeo. Fase de escape completada el 22 de diciembre de 2003, órbita de 20000 x 63427 km.
  • Earth Escape Cruise: Empuje alrededor del perigeo solo para aumentar el radio de apogeo.
  • Resonancias lunares y captura: La trayectoria asiste mediante resonancias lunares. Captura de la Luna el 15 de noviembre de 2004 a 310 000 km de la Tierra y 90 000 km de la Luna.
  • Descenso lunar: empuje utilizado para bajar la órbita, órbita operativa 2.200 x 4.600 km.
  • Ciencia lunar: hasta el final de la vida en septiembre de 2006, interrumpida sólo por una fase de reimpulso de un mes en septiembre de 2005 para optimizar la órbita lunar.
  • Re-impulso de la órbita: Fase en junio / julio de 2006 usando los propulsores de actitud para ajustar la fecha y hora del impacto.
  • Impacto lunar: operaciones desde julio de 2006 hasta el impacto del 3 de septiembre de 2006.

Las fases completas de la misión desde la perspectiva de las operaciones se documentan al incluir el desempeño de los diferentes subsistemas.

Ver también

Referencias

General
  • Kaydash V., Kreslavsky M., Shkuratov Yu., Gerasimenko S., Pinet P., Chevrel S., Josset J.-L., Beauvivre S., Almeida M., Foing B. (2007). "CARACTERIZACIÓN FOTOMÉTRICA DE SITIOS LUNARES SELECCIONADOS POR SMART-1 AMIE DATA". Ciencia planetaria lunar, XXXVIII, resumen 1535, [2] .

enlaces externos