SMART visar vägen tillbaka till månen

Första gången en människotillverkad satellit besökte månen var den 4 januari 1959. Då svischade den sovjetiska sonden Luna 1 förbi månen och gick in i en egen omloppsbana runt solen. Månaktiviteterna nådde sin kulmen med de bemannade landningarna i slutet av sextiotalet och början av sjuttiotalet. Fyra år efter den sista månlandningen upphörde plötsligt månlandningarna, efter 65 lyckade och flera misslyckade försök. Rymdstormakterna fokuserade istället på andra delar av planetsystemet och på rymdstationer.

Det är först på senare år som månen åter kommit i fokus, och den svenskbyggda SMART-1 är en av de satelliter som utgjort spjutspetsen i denna återerövring. Med SMART är Sverige den fjärde nation som konstruerat en farkost som nått månen. Projektet är dock ett gemensamt ESA-projekt, så äran att vara fjärde "land" som når månen tillfaller hela det europeiska rymdorganet.

Innovativ motor huvudsaken

SMARTs huvuduppgift var att testa framdrivningssystemet. Till skillnad från i princip alla andra raketmotorer som faktiskt tjänstgjort i rymden så fungerar inte SMARTs motor som en kontinuerlig bomb. Den så kallade jonmotor som driver SMART accelererar istället joner till mycket höga hastigheter i ett elektromagnetiskt fält. På så sätt är SMARTs motor tre gånger effektivare än en vanlig så kallad kemisk raket. Och testet har fallit väl ut.

– Motorn har fungerat enligt specifikationen, säger Malcolm Fridlund på ESA:s teknik- och utvecklingscentrum ESTEC. Den har stannat då och då på grund av vad vi kallar "single particle events", alltså snabba kosmiska partiklar som stör styrelektroniken. Men annars har den fungerat fint.

Den elektricitet som motorn behöver kommer från solceller. Eftersom det finns praktiska begränsningar i hur stora dessa kan vara så är motorns dragkraft rätt blygsam och klarar bara av att leverera en hastighetsökning på 0,7 m/s i timmen – mindre än 1/10000-dels g. Å andra sidan kan motorn köras i princip hela tiden. SMARTs bana till månen har därför varit långsam men energisnål.

– Poängen med att verifiera jonmotorer på SMART-1 är att de potentiellt är viktiga genom att ha väldigt små bränslekrav, typiskt mellan 10 och 100 gånger mindre än vanliga motorer, säger Malcolm Fridlund. Priset man betalar är en långsammare acceleration. Detta är varför det tog SMART-1 runt ett år att färdas från jorden till månen medan Apollo tog tre dagar.

Man har till och med lyckats hushålla extra väl med bränslet genom att använda resonanser i det gravitationella fältet mellan jorden och månen för att ytterligare puffa på satelliten.

En jonmotor kan komma att användas i en "skarp" satellit redan för BepiColumbo, som ska skickas mot Merkurius runt 2013.

Mer och bättre än väntat

SMART var – och är – som namnet antyder (SMART står för Small Mission for Advanced Research and Technology) i många avseenden en testplattform för innovativa tekniker. Jonmotorn var en sådan. De dussinet instrument som tillsammans bara väger 19 kilo en annan. Dessa komponenter, precis som andra delar av satelliten, ligger i den skarpa framkanten vad gäller miniatyrisering och effektivitet. Det röntgenteleskop SMART bär exempelvis är en kub med endast femton centimeters sida och väger under fem kilo.

Om dessa miniatyriserade instrument fungerade så väl som man hoppades så skulle de utgöra grunden till framtida rymdteknik för ESA. Och de flesta instrumenten har fungerat väldigt bra.
– Vi har till och med fått mer och bättre data än vi i förväg räknade med, säger Bernard Foing, ansvarig på ESA för SMARTs vetenskaplig uppdrag.

Även solpanelerna ligger i utvecklingens framkant. Istället för traditionella kiselsolceller har SMART mer avancerade celler av galliumarsenid.

Oklart ursprung

Givetvis var även utforskningen av själva månen ett mål i sig, även om SMARTs roll som månutforskare var underordnat rollen som tekniktestare. De vetenskapliga instrumentens uppgift har i första hand varit att mäta den kemiska sammansättningen av månytan och att studera kratrarna för att kunna dra slutsatser om meteoritbombardemanget i solsystemets barndom. Sist men inte minst har SMART fungerat som stigfinnare för kommande expeditioner både till månen och längre bort i solsystemet.

En av de frågor forskarna hoppades att SMART skulle kunna svara på är månens ursprung. De tre huvudteorier som finns är att månen bildades självständigt från jorden och senare fångades in, att månen ansamlades av material i jordens närhet och alltså redan från början var en satellit till jorden, eller att månen bildats av material som kastats ut från jorden vid en kataklysmisk kollision i solsystemets allra yngsta barndom.

SMART har gjort vissa upptäckter som kan bidra till att kasta ljus över frågan, men Bernard Foing säger att de måste slutförda mätningarna innan de kan säga något. Så frågan om månens ursprung får hänga i lyften ytterligare en stund.

Sökandet efter det eviga ljuset

SMART har också letat evigt solbelysta bergstoppar vid månens poler. Anledningen till att man söker efter dessa evigt belysta toppar är inte bara det poetiska värdet i att bekräfta dessas existens.
– De är intressanta ställen att sätta baser på, säger Jan-Erik Wahlund på Institutet för rymdfysik i Uppsala och en av de som varit inblandade i SMARTs vetenskapliga delar. Just att leta lämpliga platser för kommande baser har också varit en av SMARTs vetenskapliga uppgifter. Eftersom solen alltid lyser så finns det alltid tillgång till energi på dessa berg. Ett annat av SMARTs mål var att söka efter fruset vatten i kratrar vid polerna.
– Vattnet skulle i så fall komma ifrån kometer, säger Jan-Erik Wahlund. Det blir kvar eftersom temperaturen är riktigt låg i de här kratrarna, bara några Kelvin.

Även här berättar Bernard Foing att SMART gjort viktiga observationer.
– Men vi har ytterligare en period av dataanalys innan vi kan säga något säkert, menar han. Finns det fruset vatten i de mörka kratrarna i närheten av de evigt belysta bergstopparna så har man tillgodosett de två kanske viktigaste behov en framtida bas kommer att ha. Ett nog så viktigt resultat.

Fyra fantastiska fakta:

Månen verkar vara större när den är nära horisonten. Det är den inte. Detta är inte ens en optisk illusion, utan en rent psykologisk effekt. Faktiskt så är månen ungefär 1,5 procent mindre när den är vid horisonten än när den står högt på himlen, eftersom den då är en halv jorddiameter längre bort från åskådaren.

Det är lätt att tro att halvmånen är hälften så ljus som fullmånen. Så är dock inte fallet. Den är bara tiondelen så ljus. Det beror på att skuggor täcker en betydligt större del av den yta vi ser vid halvmåne än vid fullmåne.

När vi tittar upp på fullmånen en mörk natt ser den nästan vit ut. Månens yta är dock kolsvart, bokstavligen. Den reflekterar ungefär sju procent av det ljus som faller på den, vilket är lika mycket som en kolbit. Anledningen till att den ändå upplevs som vit är att ögat inte har något att jämföra med. Månen är det enda som reflekterar solljuset, och ögat tolkar ljuset som vitt. Om månen hängde på ett snöre framför en färgad vägg så skulle den se rätt svart ut.

För ett sekel sedan (och ännu tidigare) trodde man att månen kunde ha en periodisk atmosfär. Den frös och snöade ut under den iskalla mån-natten och tinade upp och återförgasades två (jord-) veckor senare, vid soluppgången. Bland annat H. G. Wells skrev en bok om en måne där dessa förhållanden rådde (The First Men in the Moon), och den selenitiska kultur som frodades där. Nu vet vi att månen saknar varje praktisk tillstymmelse till atmosfär, dag som natt. Tyvärr ska man kanske säga.