2003年9月27日格林尼治時間23:00,歐洲空間局從法屬圭亞那的庫魯航天發射中心成功發射了“智慧1號”月球探測器,這是21世紀人類發射的第一顆探月衛星。雖然“智慧1號”隻是一顆小衛星,主要目的在於通過探月的實踐,檢驗在未來深空探測中將使用的一係列高新技術,但它已經把新一輪探月高潮的序幕拉開了。
“智慧1號”月球探測器的英文名為smart+1,它是smal missions for advanced research in technology的縮寫,意思是研究先進技術的小型航天器。作為歐洲探月的急先鋒,“智慧1號”就像一個飛向月球的小精靈,它的外形近乎正方體,尺寸為1570毫米×1150毫米×1040毫米,發射時的質量為370千克,太陽能帆板展開後翼展為14米,能提供1.9千瓦的電力,造價約1.08億美元。由於總經費較少,“智慧1號”大量采用了模塊化、通用化設計,結構緊湊,而且它上麵的許多零配件都是直接從商店購買,這使其成為了小型化的傑作。它攜帶的用於完成10多項技術試驗和科學研究的有效載荷的質量僅為19千克。
“智慧1號”裝載著6種科學儀器,其中3套遙感儀器用於月球探測,它們分別是多光譜微型照相機、高分辨率的紅外光譜儀和小型x射線光譜儀。
多光譜微型照相機平均分辨率為80米,在300千米近月點的分辨率為30米(美國月球“勘測者號”的空間分辨率為200米)。通過對極區高分辨率成像,可辨別陰影區,進而尋找隕石坑中的水冰。此外,微型照相機還與地球上的光學地麵站相配合,進行激光通信試驗。
紅外光譜儀在0.93~2.4微米範圍內劃分256個譜段利用這些數據,可精確地確定各種礦物的成分。例如,可將月壤中的輝石與橄欖石辨別出來,這對了解月球外殼物質的演變是很重要的。這種紅外光譜儀是由歐空局第一次研製和使用的,如果在探月中獲得成功,將在未來的火星探測、水星探測、小行星和彗星探測中進一步應用。
小型x射線光譜儀用來測量x射線熒光,從而繪製月球表麵的元素成分圖。利用這些數據,可準確地計算月球外殼的成分,研究南極的隕石坑結構特征,繪製月球資源分布圖。這種小型x射線光譜儀也是今後水星和太陽係其他行星探測的必備儀器。
“智慧1號”還是世界上第一個利用太陽能電火箭作為推進裝置進行遠距離飛行的航天器。
按照預定計劃,“智慧1號”的整個飛行過程分為發射與早期入軌、地球逃逸、月球俘獲和月球觀測4個階段。除了發射采用化學火箭外,包括早期人軌在內的其他階段的飛行都依靠太陽能電火箭提供推力來完成。這是它最為突出的特色和亮點。但是,由於電火箭產生的推力很小,加速很慢,故而進入最終飛行狀態需要的時間要比采用化學火箭所用的時間長得多。
為“智慧1號”提供飛行動力的太陽能電火箭發動機,嚴格說來是太陽能等離子體發動機。它使用氙氣作為工作介質,並采用高效的砷化镓太陽能帆板將太陽光能轉換成電能進而產生電磁場,利用電能電離氙氣原子,形成等離子體,再通過電磁場的作用,使氙離子流高速噴出,從而為“智慧1號”提供推力。這種太陽能電火箭比通常使用的化學火箭效率要高10倍,所需推進劑即工作介質較少,可使航天器有更多的空間裝載有效載荷。由於它利用的是取之不盡的太陽能,故而能在太空無重力狀態下連續運轉幾年時間。它的缺點是推力和加速度都很小,要使航天器達到預定的飛行速度,用時很長。它的重要意義在於,假若這次飛行試驗成功,今後就會在更遠距離航行的航天器上采用這種推進係統。
為了掌握太陽能等離子體發動機的實際技術性能,“智慧1號”上裝置了電推進診斷組件,用來監測推進係統的工作情況及其對航天器的作用效果。同時,它還攜有航天器電勢、電子與塵埃實驗件,用以監測推進係統對電子通量、電場和航天器電勢的影響,並研究地一月空間的帶電環境。此外,它還載有用來試驗地球與遙遠航天器之間的激光通信技術、實驗航天器自主導航計算機技術等先進設備。
在“智慧1號”上所試驗的太陽能等離子體發動機等新技術和它采用的多項探測技術,如被證明達到了預期的效果,將會對未來歐洲乃至世界航天技術的發展產生深遠影響和重要作用。