Small Missions for Advanced Research in Technology

SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology, – deutsch: Kleine Missionen für fortgeschrittene Technologiestudien) war die erste Raumsonde der ESA, die den Erdmond erforscht hat.

Missionsziele

Ein Hauptziel der Mission war es, einen neuartigen, solarelektrisch betriebenen Ionenantrieb und neue Navigations- und Kommunikationstechniken zu testen. SMART-1 war die dritte Sonde, die diesen Antrieb verwendete (die erste war die amerikanische Sonde Deep Space 1, die zweite die im Mai 2003 gestartete Hayabusa).

Nachdem sie auf eine Umlaufbahn um den Mond eingeschwenkt war, untersuchte SMART-1 ab Mitte November 2004 die chemische Zusammensetzung der Mondoberfläche und suchte nach Wasser in Form von Eis. Außerdem erhofft sich die Wissenschaft klärende Erkenntnisse von der Entstehung des Mondes vor rund 4,5 Milliarden Jahren.

Flugverlauf

Start

SMART-1 startete am 28. September 2003 um 01:14 Uhr MESZ vom Weltraumbahnhof Kourou im südamerikanischen Französisch-Guayana an Bord einer Trägerrakete vom Typ Ariane 5 zunächst in eine Erdumlaufbahn auf etwa 4800 Kilometer Höhe. Das dauerte etwa 42 Minuten. Neben SMART-1 waren auch zwei Nachrichtensatelliten, der indische INSAT-3E und der e-Bird der Firma Eutelsat, als Hauptnutzlast mit an Bord der Rakete. Ursprünglich sollte sich SMART-1 bis März 2005 in einer spiralförmigen Bahn zum Mond „schrauben“. Da aber der Ionenantrieb besser funktionierte als von den ESA-Wissenschaftlern erhofft, konnte die Sonde schon in der Nacht zum 15. November 2004 im Abstand von 5000 bis 6000 Kilometer in eine Umlaufbahn um den Mond einschwenken.

Missionsverlauf

Am 26. Januar 2005 hatte der Orbiter mit dem Fotografieren der Mondoberfläche aus einer oberflächennahen Umlaufbahn begonnen. Vier Wochen später erreichte SMART-1 ihre sehr elliptische Umlaufbahn in einem Abstand von 300 km vom Südpol und 3000 km vom Nordpol, und hielt diese für 5 Monate bei. Auf Grund des guten Verlaufes wurde im Februar 2005 von der ESA bekannt gegeben, dass die Mission um ein Jahr verlängert wird. Das Missionsende wurde auf den 3. September 2006 um 7:41 Uhr MESZ festgelegt. Der unverhofft große Rest des verbleibenden Treibstoffes wurde dazu genutzt, die Umlaufbahn um einige Kilometer anzuheben, sodass der Einschlag der Sonde auf der erdzugewandten Seite des Mondes stattfinden und so von der Erde aus beobachtet und das ausgeschleuderte Material analysiert werden kann.^[1] Tatsächlich schlug die Sonde um genau 07:42 Uhr und 22 Sekunden auf. Die Aufschlagstelle lag gemäß dem Mondkoordinatensystem genau bei 46,2 Grad West und 34,4 Grad Süd in der Formation Lacus Excellentiae („See der Vortrefflichkeit“)^[2].

Technik

Aufbau

Mit den ausgefahrenen Solarpaneels hatte sie eine Spannweite von 14 Metern, alle anderen Systeme inklusive Antrieb und Instrumente waren in einem Würfel mit einem Meter Seitenlänge untergebracht. Bei der Entwicklung der Sonde wurde sehr auf die platzsparende Ausführung der einzelnen Systeme geachtet. So war zum Beispiel das Röntgenteleskop D-CIXS nur 15 Zentimeter breit und wog 5 Kilogramm. Die Sonde hatte eine Startmasse von 367 Kilogramm (inklusive Treibstoff). 19 Kilogramm davon entfielen auf die Nutzlast.

Antrieb

Ein Ionen-Triebwerk der NASA bei einem Testlauf

Die Energie für das neuartige Ionen-Triebwerk wurde mit Hilfe von Solarzellen generiert. Als Treibstoff (hier Stützmasse genannt) hat der „Halleffekt“-Antrieb ein ionisiertes Edelgas (Xenon) verwendet. Das Triebwerk erzeugte damit zwar nur einen relativ geringen Schub von 70 Millinewton, was etwa die Gewichtskraft eines Blattes Papier ist. Dafür verließ das Xenon den Antrieb mit enormer Geschwindigkeit, so dass ein hoher spezifischer Impuls entsteht. Der Treibstoff konnte so äußerst effizient ausgenutzt werden. Da ein Ionen-Triebwerk im Gegensatz zu chemischen Triebwerken nicht nur über Minuten, sondern über Monate oder gar Jahre hinweg beschleunigen kann, ist die erreichbare Endgeschwindigkeit sehr hoch. Insgesamt benötigt diese effektive Technik so deutlich weniger Stützmasse als ein herkömmliches chemisches Triebwerk an Treibstoff mitführen muss. Dadurch konnten in SMART-1 mehr wissenschaftliche Geräte integriert werden. An Bord waren etwa 84 Kilogramm Xenon (in einem 60-Liter-Druckbehälter) und 19 Kilogramm wissenschaftliche Instrumente. SMART-1 benutzte fast ausschließlich das Ionen-Triebwerk während der gesamten Mission, während die 1998 gestartete NASA-Sonde Deep Space 1 noch ein herkömmliches chemisches Triebwerk verwendete, um dem Gravitationsbereich der Erde zu entkommen.

Navigation

Die Sonde setzte ein neuartiges Navigationssystem names OBAN (OnBoard Autonomous Navigation) ein. Dieses funktionierte vollständig autonom, es folgt also vollautomatisch einer vorprogrammierten Flugbahn. Dies ist möglich, indem die Sonde im Abstand von zwei Minuten jeweils Aufnahmen von der Erde, dem Mond und den Sternen macht und diese miteinander vergleicht. So konnte die Sonde ihre Position im Raum berechnen und automatisch Kurskorrekturen durchführen. Durch dieses System erübrigte sich ein Bodenteam, das ständig die Navigation der Sonde übernimmt. Dank OBAN nahm die Bodenstation nur zweimal pro Woche für je acht Stunden mit der Sonde Kontakt auf, dies führte zu enormen Kosteneinsparungen bei den Bodenteams.

Kommunikation

Wie auch die amerikanische Marssonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) setzte SMART-1 probehalber das neue Ka-Band zur Datenübertragung ein. Dieses nutzt Frequenzen im Bereich zwischen 32 GHz und 34 GHz. Daneben wurde jedoch auch das traditionelle X-Band (7–8 GHz) betrieben. Seit 2002 experimentierte die ESA mit Kommunikation via Laser im Orbit. SMART-1 führte einen Empfänger für die LaserLink genannte Technologie mit. Dabei wurde von einer Bodenstation auf Teneriffa aus ein 28 W starker Laserpuls ausgesendet, der dann von der Sonde empfangen wurde. Dabei wurden Rückschlüsse auf Absorption und Streuung des Signals an der Erdatmosphäre erhofft.

SMART-1 war die erste Raumsonde, die Turbo-Codes, ein neuartiges hocheffizientes Fehlerkorrekturverfahren, zur Kommunikation nutzte.^[3]

Experimente

Die Sonde trug verschiedene Kameras für sichtbare und nicht sichtbare Strahlung. Das Experiment AMIE war eine ultrakompakte optische Kamera, die Bilder vom Mond aufnahm. Ein Infrarotspektrometer (SIR) hat eine mineralogische Karte des Mondes erstellt und das Röntgenteleskop D-CIXS hat auf der Oberfläche nach der Signatur von Wasser gesucht. Weitere Experimente beschäftigten sich mit dem Einfluss des Mondes auf den Sonnenwind und mit der Röntgenaktivität der Sonne.

Entwicklung

Die Sonde wurde innerhalb von – in der Raumfahrt recht kurzen – vier Jahren entwickelt. Hauptauftragnehmer war das staatliche Unternehmen Swedish Space Corporation (SSC). Die Mission von SMART-1 kostete 110 Millionen Euro und damit nur etwa 20 Prozent einer typischen europäischen Weltraummission. Modifizierte Kopien einiger Instrumente von SMART-1 starteten mit der indischen Mondsonde Chandrayaan-1.

Quellenangaben

1. ↑ ESA
2. ↑ Smart-1
3. ↑ Closing in on the perfect code, Artikel auf IEEE Spectrum

Siehe auch

• Vor der Umbenennung trug die Mission LISA Pathfinder den Namen Smart-2.
• Chronologie der Mond-Missionen
• Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen
• Liste der künstlichen Objekte auf dem Mond

Weblinks

• Detaillierte Beschreibung von Bernd Leitenberger
• Deutsche SMART-1-Seite der ESA
• SMART-1 Page der ESA (englisch)
• SMART-1: Auf leisen Pfoten zum Mond
• Smarter SMART-1 ist auf dem Weg zum Mond
• Europas erfolgreiches Debüt in der Monderkundung

Mondsonden

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Siehe auch: Chronologie der Mond-Missionen · Apollo-Programm · Sowjetisches bemanntes Mondprogramm · Bemannter Mondflug nach Apollo

 

Raumsonden und Satelliten mit Beteiligung der ESA

COS-B (1975) · GEOS 1 und 2 (1977, 1978) · ISEE 2 (1977) · Meteosat (1977–1997) · IUE (1978) · EXOSAT (1983) · Giotto (1985) · Olympus (1989) · Hipparcos (1989) · Hubble (1990) · Ulysses (1990) · ERS 1 und 2 (1991, 1995) · EURECA (1992) · ISO (1995) · SOHO (1995) · Huygens (1997) · XMM-Newton (1999) · Cluster (2000) · Artemis (2001) · Proba (2001) · Envisat (2002) · MSG 1 und 2 (2002, 2005) · Integral (2002) · Mars Express (2003) · SMART-1 (2003) · Double Star (2003) · Rosetta (2004) · SSETI Express (2005) · CryoSat (2005) · Venus Express (2005) · Galileo (2005–2008) · METOP-A (2006) · COROT (2006) · GOCE (2009) · HYLAS (2009) · Proba-2 (2009) · Herschel (2009) · Planck (2009) · SMOS (2009) · ADM-Aeolus (2009) · LISA Pathfinder (2009) · CryoSat-2 (2009) · SWARM (2010) · Gaia (2011) · ExoMars (2013) · BepiColombo (2013) · JWST (2013) · LISA (2015) · Darwin (2015) · Solar Orbiter (2015) · Mars Sample Return (frühestens 2016)