SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology) is één grote testcase van nieuwe technologie. In een satelliet ter grootte van een flinke wasmachine en een massa van 367 kg. heeft de Europese ruimtevaartorganisatie ESA allerlei geminiatuniseerde apparatuur weten te proppen. Met die instrumenten gaat de sonde de maan onder de loep nemen: ESA’s onderzoekers willen met SMART-1 het ontstaan van de maan onderzoeken.

Eén van de miniatuuronderdelen is het afgelopen jaar al uitvoerig getest: SMART-1’s ionenaandrijving bracht de sonde in 13 maanden tot aan de invloedsfeer van de maan. Op 50.000 tot 60.000 kilometer van de maan af schiet SMART-1 in de nacht van 15 op 16 november precies door het punt waar de zwaartekracht van aarde en maan even sterk zijn. Dat punt ligt zo dicht bij de maan, omdat de maan veel minder groot is dan die de aarde: daardoor moet je dichter bij de maan zijn om een even grote zwaartekracht te voelen. Die aantrekkingskracht, liet Sir Isaac Newton (1643 – 1727) al zien, neemt namelijk af met het kwadraat van de afstand. De Franse wis- en natuurkundige Joseph-Louis Lagrange (1736 – 1813) rekende met Newton’s theorie uit waar de zwaartekracht van twee massa’s elkaar allemaal in evenwicht houden: de Lagrange-punten.

Ionenaandrijving

In SMART-1’s ionenmotor wordt het edelgas Xenon geïoniseerd (atoomkernen en elektronen worden van elkaar losgemaakt). Een elektrisch veld versnelt de atoomkernen en jaagt ze als raketaandrijving de sonde uit. De terugslag van die lancering levert evenveel kracht als het gewicht van een blaadje papier, maar is enorm zuinig: in 3648 branduren heeft de sonde maar 58,8 kilo brandstof opgemaakt. Daarmee wist SMART-1 een snelheid van maar liefst 2737 m/s op te bouwen. Zelfs met die enorme snelheid duurde het 13 maanden om zijn meer dan 80 miljoen kilometer lange reis te maken. Ter vergelijking: de Apollo-astronauten deden in de jaren ’70 vier dagen over hun reis van 400.000 kilometer. Maar die hadden natuurlijk haast om bij de maan te komen. Bij SMART-1 ging het er juist om, de aandrijving zo goed mogelijk te testen.

Ionenaandrijving is niet erg geschikt om bemande missies mee voor te stuwen, maar robotsondes die ‘de tijd hebben’ kunnen met deze zuinige aandrijving het hele zonnestelsel bezoeken.

SMART-1 zal het met zijn ionenaandrijving niet verder brengen dan de maan. In de nacht van 15 op 16 november steekt de sonde het Lagrange-punt tussen aarde en maan over. Op dat punt zijn de aantrekkingskracht van de aarde en maan precies in evenwicht. Anders gezegd: vanaf nu reist SMART-1 niet meer heuvelop tegen de aardse zwaartekracht in, maar gaat hij heuvelaf naar de maan toe.

Spiraal

ESA’s testsonde heeft er sinds zijn lancering in september 2003 meer dan een jaar over gedaan om op het evenwichtspunt tussen aardse en maan-zwaartekracht te komen. Dat komt omdat de sonde een spiraalvormig pad heeft gevolgd om van de aarde af te reizen. Zo konden de ESA-ingenieurs hun ionenmotor veel branduren laten maken en testen hoe die zich tijdens lange reizen gedraagt. Na 16 november gaat SMART-1 zachtjes remmend op weg naar een omloopbaan om de maan. In januari 2005 komt de sonde in die omloopbaan aan en kan het échte waarnemen beginnen.

Ontstaan van de maan

En wat gaat SMART-1 precies onderzoeken? Niets minder dan de oorsprong van onze maan. Wetenschappers weten al lang dat de maan een vreemde samenstelling heeft – ze bestaat bijna helemaal uit hetzelfde materiaal als onze aardkorst. De aardkorst is het bovenste gedeelte van onze aarde en bestaat voornamelijk uit rots. Diepere lagen bevatten bijvoorbeeld meer ijzer, maar de maan lijkt maar weinig ijzer te bevatten. De populairste theorie over de vorming van de maan gaat dan ook als volgt: in het vroege zonnestelsel schampte een massa ter grootte van Mars de nog half gesmolten aarde. Een deel van de mantel raakte door dat schampschot in een omloopbaan en stolde langzamerhand tot de ronde maan die we nu aan de hemel zien staan.

SMART-1 heeft gevoelige apparatuur aan boord om de samenstelling van de maanbodem te onderzoeken. Een infraroodmeter, röntgentelescoop en normale telescoop (SIR, D-SIXS en AMIE) gaan mineralen en chemische elementen in de korst opsporen. Dat is niet de enige apparatuur die de sonde aan boord heeft: met het elektrische SPEDE-experiment onderzoekt de sonde de boeggolf en het spoor die de maan in de zonnewind maakt. De zonnewind is een stroom van geladen deeltjes die vanaf de zon de ruimte in reist. Ten slotte heeft SMART-1 een microgolfmeter aan boord om een schommeling van de maan-as in kaart te brengen: de maan schommelt zó, dat de noord- en zuidpool om de beurt naar de aarde toewiegen. KATE zal, door die schommeling goed te meten, hopelijk bewijzen dat het nieuwe ontwerp in deze meter goed werkt. Als dat zo is, kan het ontwerp ook in andere missies worden gebruikt. Want dat is het belangrijkste doel van SMART-1: testen of alle nieuwe apparatuur daadwerkelijk doet wat hij moet doen. Nu de ionenaandrijving zo goed heeft gewerkt, is het eerste succes dus al binnen.