Le voyage a été long, mais la première mission européenne sur la Lune approche enfin de son objectif. SMART-1, lancé par l’Agence spatiale européenne (ESA) le 27 septembre 2003, sera mise en orbite autour de la Lune le 15 novembre. En janvier, l’engin commencera la première étude complète aux rayons X de la surface de la Lune, donnant aux scientifiques des indices sur sa composition et son âge. Cette carte géologique aidera les scientifiques à établir exactement comment la Lune s’est formée. De la taille d’une machine à laver domestique, SMART-1 utilise un système de propulsion innovant qui entraîne l’engin avec une bouffée de gaz. Il transporte des panneaux solaires qui convertissent la lumière du soleil en électricité, qui est utilisée pour enlever les électrons des atomes de xénon. Cela génère des ions chargés qui sont accélérés par un champ magnétique et éjectés de l’arrière du vaisseau spatial, produisant une légère poussée équivalente au poids de deux centimes reposant sur la paume de votre main. C’est la première fois qu’une sonde utilise la propulsion ionique pour s’échapper de la Terre. Bernard Foing, Département des sciences spatiales de l’ESA.« C’est la première fois qu’une sonde utilise la propulsion ionique pour s’échapper de la Terre », déclare Bernard Foing, qui dirige l’équipe SMART-1 au Département des sciences spatiales de l’ESA à Noordwijk, aux Pays-Bas. Les moteurs d’engins spatiaux conventionnels reposent sur des réactions chimiques pour générer du gaz, qui pousse l’engin vers l’avant lorsqu’il sort du moteur, de la même manière qu’un ballon de fête qui se dégonfle volera à travers une pièce. Mais dans l’espace, la masse c’est de l’argent. Alors que les moteurs chimiques doivent transporter deux substances combustibles pour réagir ensemble (souvent de l’hydrogène et de l’oxygène), le moteur ionique du SMART-1 ne transporte que du xénon, ce qui le rend plus léger et moins cher. Le succès de SMART-1, qui signifie Small Missions for Advanced Research in Technology, à atteindre la Lune a prouvé que les futurs engins spatiaux pourraient utiliser les mêmes moteurs pour se rendre sur Mercure et Mars, explique Foing.
Carte de la lune
SMART-1 a encore beaucoup de science à faire pendant les deux années qu’il passera en orbite autour de la Lune. Son spectromètre compact d’imagerie à rayons X de démonstration (D-CIXS) établira une carte chimique de la surface lunaire qui devrait révéler si la Lune faisait autrefois partie de la Terre. « Nous ne savons toujours pas si la Terre et la Lune viennent du même endroit », déclare Manuel Grande, scientifique spatial au laboratoire Rutherford Appleton près d’Oxford, au Royaume-Uni, responsable du D-CIXS. De nombreux scientifiques pensent que la Lune s’est formée après une gigantesque collision entre un objet de la taille de Mars et la Terre il y a environ 4,6 milliards d’années. La comparaison des ratios de différents éléments chimiques sur la Lune et la Terre pourrait confirmer cette théorie, dit Grande. 
SMART-1 embarque également une caméra haute résolution qui photographiera les sites d’atterrissage potentiels pour les futures exploratrices robotiques ou même humains. Et il cherchera de la glace dans les cratères du pôle sud de la Lune, à l’aide d’un spectromètre infrarouge. « Ces cratères n’ont pas vu le Soleil depuis des milliards d’années », explique Grande, qui ajoute que cette glace serait une ressource vitale pour une base lunaire habitée. L’engin de 110 millions d’euros (85 millions de dollars) ne pèse que 370 kg et a effectué de nombreuses orbites en spirale autour de la Terre pour atteindre une vitesse suffisante pour atteindre la Lune. Son voyage épique de 80 millions de kilomètres a duré 13 mois, contre les quatre jours nécessaires pour parcourir 400 000 kilomètres par Apollo 11 lors de la première mission d’atterrissage sur la Lune.
Présentation de SMART-1
Objectif : tester un certain nombre de technologies clés tout en réalisant une étude scientifique inédite de la Lune.
Mission : SMART-1 a été la première des petites missions de l’ESA pour la recherche avancée en technologie. Il s’est rendu sur la Lune grâce à la propulsion solaire-électrique et emportant une batterie d’instruments miniaturisés. En plus de tester de nouvelles technologies, SMART-1 a réalisé le premier inventaire complet des éléments chimiques clés sur la surface lunaire. Il a également étudié la théorie selon laquelle la Lune s’est formée à la suite de la collision violente d’une planète plus petite avec la Terre, il y a quatre milliards et demi d’années. Première mission européenne sur la Lune, SMART-1 est arrivée en orbite lunaire le 15 novembre 2004. Après avoir terminé ses opérations scientifiques lunaires, sa mission s’est terminée par un impact lunaire le 3 septembre 2006.
Quelle est la particularité ?
SMART-1 a été le premier vaisseau spatial européen à voyager et à orbiter autour de la Lune.
Ce n’était que la deuxième fois que la propulsion ionique était utilisée comme système de propulsion principal d’une mission (la première était la sonde Deep Space 1 de la NASA lancée en octobre 1998).
SMART-1 a cherché de l’eau (sous forme de glace) sur la Lune.
Pour économiser le précieux carburant au xénon, SMART-1 a utilisé la « mécanique céleste », c’est-à-dire des techniques telles que l’utilisation des « résonances lunaires » et des survols. 
Vaisseau spatial
SMART-1 était un vaisseau spatial cubique stabilisé sur trois axes. Ses panneaux solaires étaient capables de tourner de manière à rester toujours dans une configuration optimale avec le soleil. La conception était peu coûteuse et mettait l’accent sur la miniaturisation dans la mesure du possible, en particulier pour sa charge utile. Il avait une masse totale de 367 kg, dont 19 kg de charge utile. Avec ses panneaux solaires déployés, SMART-1 mesurait environ 14 m de diamètre.
Périple
Le voyage de SMART-1 vers la Lune n’a été ni rapide ni direct. Après son lancement, SMART-1 est entré sur une orbite elliptique autour de la Terre, généralement utilisée par les satellites de télécommunications. Dans cette orbite, le vaisseau spatial a mis à feu son moteur ionique, élargissant progressivement son orbite elliptique et tournant en spirale en direction du plan orbital de la Lune. Mois après mois, cela l’a rapprochée de la Lune, qui orbite entre 350 000 et 400 000 kilomètres de la Terre. Lorsque SMART-1 s’est approché de la Lune, il a commencé à utiliser la gravité de la Lune pour la pousser dans une position où il a finalement été capturé par le champ gravitationnel de la Lune à la mi-novembre 2004. Ce voyage compliqué et lent était nécessaire car les moteurs ioniques ne fournissent pas la puissance instantanée des fusées chimiques. Cependant, parce qu’ils sont plus efficaces et nécessitent peu de carburant, les moteurs ioniques sont plus flexibles et permettent aux sondes spatiales d’atteindre des endroits où les fusées chimiques ne pourraient pas aller. L’ESA a investi dans cette technologie pour aider au développement de missions vers Mercure et le Soleil.
Après avoir été capturé par la Lune, SMART-1 a survolé les pôles nord et sud, sur une orbite elliptique dont l’altitude varie de 300 à 3 000 km. Au cours de sa mission scientifique, il a utilisé le moteur ionique pour abaisser progressivement son altitude la plus élevée. La phase de croisière de SMART-1 de la Terre à la Lune a duré environ 13 mois. Les opérations scientifiques ont commencé en janvier 2005, pour une durée de mission nominale de six mois. En février 2005, l’ESA a décidé de prolonger la mission jusqu’en 2006.
Partenariats
L’entrepreneur principal était la Swedish Space Corporation, Solna, Suède. Ils ont dirigé un consortium de plus de 20 équipes industrielles européennes pour construire SMART-1. Au total, cette mission a impliqué environ 180 personnes travaillant directement dans l’industrie et plusieurs centaines d’autres travaillant indirectement sur des produits qui ont été utilisés dans SMART-1. Il y avait également 170 autres ingénieurs et scientifiques impliqués de l’ESA et d’autres instituts scientifiques.
Qu’est-ce que SMART-1 ? SMART-1 a été la première mission de l’Agence spatiale européenne sur la Lune. Il s’agissait d’un test technologique de nouvelles propulsions solaires électriques, de techniques de communication et d’instruments scientifiques miniaturisés.
SMART signifie Small Missions for Advanced Research in Technology.
Les tests technologiques ont été un succès.
Le vaisseau spatial s’est délibérément écrasé sur la Lune en septembre 2006.
Premières
SMART-1 était la première mission de l’ESA sur la Lune.
SMART-1 a réalisé le premier inventaire complet des éléments chimiques clés de la surface lunaire.
Dates clés
27 septembre 2003 : Lancement
27 février 2005 : SMART-1 atteint l’orbite opérationnelle
17 septembre 2005 : Le moteur ionique a été tiré pour la dernière fois
3 septembre 2006 : un vaisseau spatial s’écrase délibérément sur la Lune
En profondeur : SMART-1
Les petites missions pour la recherche avancée en technologie (SMART-1), vaisseau spatial était un démonstrateur technologique construit par l’Agence spatiale européenne (ESA) pour tester la propulsion solaire-électrique et d’autres technologies de l’espace lointain lors d’une mission sur la Lune.
SMART-1 a été le premier vaisseau spatial européen à entrer en orbite autour de la Lune.
Une deuxième partie de la mission s’est concentrée sur l’étude des sommets des montagnes polaires qui sont en perpétuel soleil ainsi que des zones sombres de la surface lunaire qui pourraient contenir de la glace. Le vaisseau spatial était équipé d’un propulseur à effet Hall de fabrication française (connu sous le nom de PPS®1350) dérivé d’un système de propulsion ionique russe conçu à l’origine par OKB Fakel, une société russe spécialisée dans les propulseurs de contrôle d’attitude utilisant des sources d’ions et de plasma. Le propulseur utilisait un propulseur au xénon pour générer 88 millinewtons (mN) de poussée (environ le poids d’une carte postale) et une impulsion spécifique de 1 650 secondes. Le moteur était alimenté par des panneaux solaires qui généraient les 1 350 watts nécessaires pour alimenter les moteurs ioniques. SMART-1 a été initialement lancé sur une orbite de transfert géostationnaire d’environ 4370 × 26240 miles (7035 × 42223 kilomètres) par l’étage supérieur EPS hypergolique d’Ariane 5 avec une poussée de 5700 livres (2600 kilogrammes-force ou kgf) moteur Aestus. Le vaisseau spatial a utilisé son système de propulsion électrique pour tourner lentement vers des orbites elliptiques de plus en plus hautes dans ce qui était un profil de mission très efficace.
Deux jours par semaine, les contrôleurs de mission du Centre européen des opérations spatiales (ESOC) à Darmstadt, en Allemagne, ont répété les brûlures du moteur ionique, élargissant progressivement l’orbite en spirale du vaisseau spatial. Au moment où il était à environ 124 300 miles (200 000 kilomètres), la gravité de la Lune a commencé à exercer une influence significative sur SMART-1. Neuf jours après son dernier périgée (2 novembre 2004), la sonde est passée par le point de Lagrange L1 dans une région dominée par le champ gravitationnel de la Lune. À 17 h 47 TU le 15 novembre, le véhicule a ensuite traversé sa première périlune, après s’être déplacé sur une orbite polaire autour de la Lune. Les paramètres orbitaux initiaux étaient d’environ 4 165 × 33 000 miles (6 704 × 53 208 kilomètres), avec une période orbitale de 129 heures.
Au cours des semaines suivantes, le moteur ionique de SMART-1 s’est déclenché pour réduire progressivement les paramètres orbitaux afin de permettre des vues plus rapprochées de la surface. Il a atteint son orbite opérationnelle, avec une période orbitale d’environ cinq heures, le 27 février 2005. En orbite, les instruments de SMART-1 ont étudié la topographie et la texture de surface de la Lune et ont cartographié la distribution en surface de minéraux tels que les pyroxènes, les olivines et les feldspaths. Il a amélioré les données renvoyées par le vaisseau spatial Clementine de la NASA qui a été lancé en 1994. 
La mission SMART-1 devait se terminer en août 2005 mais a été prolongée jusqu’en août 2006 avec des plans pour un impact. Le 17 septembre 2005, le moteur ionique a été tiré pour la dernière fois, après avoir épuisé tout le propulseur. Cela a laissé le vaisseau spatial sur une orbite naturelle déterminée uniquement par la gravité lunaire, les influences gravitationnelles de la Terre et du Soleil et l’utilisation occasionnelle de ses propulseurs de contrôle d’attitude.
Au moment du dernier tir, le moteur ionique du vaisseau spatial avait tiré pendant 4 958,3 heures, une durée de fonctionnement record dans l’espace pour un tel moteur à l’époque. La mission de SMART-1 s’est terminée à 05:42:22 UT le 3 septembre 2006, lorsque le vaisseau spatial s’est délibérément écrasé sur la face proche de la Lune à Lacus Excellentiaie à 46,2 degrés de longitude ouest et 34,3 degrés de latitude sud. Son impact, à environ 1 mile par seconde (2 kilomètres par seconde), a créé un nuage de poussière visible avec les télescopes terrestres.
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/SMART-1/SMART-1_overview
https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/SMART-1.html
https://solarsystem.nasa.gov/missions/smart-1/in-depth/