SMART-1

Mit den ausgefahrenen Solarpaneelen 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 und Stützmasse). 19 Kilogramm davon entfielen auf die Nutzlast.

PPS-1350-Ionenantrieb

Die Energie für das neuartige Ionen-Triebwerk wurde mithilfe von Solarzellen generiert. Als Stützmasse verwendete der „Hall-Effekt“-Antrieb vom Typ PPS 1350 ionisiertes Xenon. Das Triebwerk konnte damit einen relativ geringen Schub von 70 Millinewton erzeugen, was etwa die Gewichtskraft eines Blattes Papier ist. Dafür verlässt das Xenon den Antrieb mit enormer Geschwindigkeit, sodass 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. Der Nachteil der Technologie liegt im hohen Energiebedarf. In einem 60-Liter-Druckbehälter waren etwa 84 Kilogramm Xenon als Stützmasse und 19 Kilogramm wissenschaftliche Instrumente. SMART-1 benutzte während der gesamten Mission fast ausschließlich das Ionen-Triebwerk. Während die 1998 gestartete NASA-Sonde Deep Space 1 noch ein herkömmliches chemisches Triebwerk verwendete, um dem Gravitationsbereich der Erde zu entkommen, verblieb SMART-1 stets im Gravitationsbereich der Erde (Grenze bei ca. 1 Million Kilometer).

Die Sonde setzte ein neuartiges Navigationssystem namens OBAN (OnBoard Autonomous Navigation) ein. Dieses funktionierte vollständig autonom, es folgte vollautomatisch einer vorprogrammierten Flugbahn. Die Sonde machte im Abstand von zwei Minuten Aufnahmen von der Erde, dem Mond und den Sternen und vergleicht diese miteinander und berechnet daraus die Position im Raum und korrigierte damit automatisch den Kurs. 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.

SMART-1 testete neue Formen der Kommunikation. Wie auch die amerikanische Marssonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) setzte SMART-1 zur Erprobung das Ka-Band zur Datenübertragung ein. Dieses nutzt Frequenzen im Bereich zwischen 32 GHz und 34 GHz. Daneben wurde jedoch auch das 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. Von der Optical Ground Station (OGS) der ESA beim Observatorio del Teide auf Teneriffa aus wurde ein 28 W starker Laserpuls ausgesendet, der dann von der Sonde empfangen wurde. Dabei gewann man Rückschlüsse auf Absorption und Streuung des Signals an der Erdatmosphäre. Die Kommunikation im Radiobereich ging über das ESTRACK unter Einbindung der 30-Meter-Antenne der Bodenstation Weilheim.

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

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) erstellte eine mineralogische Karte des Mondes und das Röntgenteleskop D-CIXS suchte auf der Oberfläche nach der Signatur von Wasser. Weitere Experimente beschäftigten sich mit dem Einfluss des Mondes auf den Sonnenwind und mit der Röntgenaktivität der Sonne.

SMART-1 startete am 27. September 2003 um 23:14 Uhr UTC 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 die pessimistischere Prognose der ESA-Wissenschaftler und Ingenieure, konnte die Sonde schon am 15. November 2004 im Abstand von 5000 bis 6000 Kilometer in eine Umlaufbahn um den Mond einschwenken.[2]

Am 26. Januar 2005 begann der Orbiter mit dem Fotografieren der Mondoberfläche aus einer oberflächennahen Umlaufbahn. Vier Wochen später erreichte SMART-1 eine sehr elliptische Umlaufbahn in einem Abstand von 300 km vom Südpol und 3000 km vom Nordpol und hielt diese für 5 Monate bei. Aufgrund des guten Verlaufes wurde im Februar 2005 von der ESA die Mission um ein Jahr verlängert.

Der Einschlag, beobachtet vom Canada-France-Hawaii Telescope

Das Missionsende wurde auf den 3. September 2006 um 05:41 Uhr UTC 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 konnte.[3] Die Sonde schlug um genau 05:42 Uhr und 22 Sekunden auf. Die Aufschlagstelle lag gemäß dem Mondkoordinatensystem bei 46,193 Grad West und 34,262 Grad Süd in der Formation Lacus Excellentiae („See der Vortrefflichkeit“) bei einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 2 km/s und einem Aufprallwinkel zwischen 5° und 10°.[4] Durch hochauflösende Bilder des Lunar Reconnaissance Orbiter konnte im September 2017 der exakte Aufschlagpunkt ermittelt werden. SMART-1 hatte beim Aufprall eine Furche von 4 m Breite und 20 m Länge in die Mondoberfläche gezogen.[5]