Данная миссия критически важна для колонизации Луны в будущем.
Вода имеет решающее значение для освоения космоса и экзопланетной колонизации, поэтому в преддверии международных усилий по установлению постоянного присутствия человека на Луне (также известной как Программа Артемида) ученые NASA планируют высадить первый в мире автономный луноход в поисках осадков монооксида водорода, который там будут на вес золота.
Timur Mamedov
Благодаря новаторским усилиям миссий Lunar Prospector, LCROSS и SOFIA, мы знаем, что на поверхности Луны есть водяной лед - потенциально сотни миллионов галлонов погребены среди реголита на полюсах.
«Каждая миссия, независимо от ее типа, будь то передвижная или нет, будет опираться на то, что было изучено другими миссиями ранее», – сказал Дэн Эндрюс, менеджер проекта VIPER.
Однако нам необязательно иметь четкое представление о том, как на самом деле распределяются эти замороженные молекулы или как лучше всего извлечь их из лунного грунта – и именно здесь в дело вступает предстоящая миссия Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER).
Это устройство размером с тележку для гольфа будет доставлено на Южный полюс Луны в конце 2023 года и проведет свою запланированную 100-дневную миссию, прочесывая местность в поисках четырех «областей ледовой стабильности» – областей поверхности планеты, где можно найти лед, лежащий на поверхности, а также: неглубоких областей, где лед покрыт 50 сантиметрами реголита, глубокими областями, где лед залегает до 100 сантиметров, и сухими областями, где нет льда ниже 100 сантиметров. Эндрюс отмечает, что «эти регионы существуют повсюду как на Северном, так и на Южном полюсе. Их тысячи».
Пока VIPER перемещается, он будет использовать свою систему нейтронного спектрометра (NSS), чтобы косвенно исследовать почву вокруг себя в поисках воды на глубине до трех футов (0,9 м), ища потери энергии в космических лучах (в основном в космических лучах), которые возникают при столкновении с молекулами водорода. А там, где есть водород, вполне может быть вода.
Как только NSS найдет подходящую концентрацию, VIPER развернет свой метровый TRIDENT (Реголит и Ледяной Бур для Исследования Новых Ландшафтов) для бурения и извлечения образцов почвы, позже для исследования с помощью Бортовой Системы Спектрометра Летучих Веществ в Ближнем Инфракрасном Диапазоне (NIRVSS), который может идентифицировать форму водорода, будь то свободные атомы водорода или несколько более сложные гидроксилы. Также во время посадки лунохода Масс-Спектрометр для Наблюдения за Лунными Операциями (MSolo) будет отбирать пробы газов, выбрасываемых во время приземления, в поисках случайных атомов водорода.
Когда миссия LCROSS запустила зонд на поверхность Луны, она измерила и проанализировала результирующий выброс водяного льда, используя вариации девяти коммерчески доступных инструментов. Миссия VIPER придерживается аналогичного курса. Хотя это и не является непосредственно частью самой миссии, другие блоки инструментов, которые будут приземляться на борт VIPER, также будут доставлены на Луну как в 2021, так и в 2022 году в рамках программы NASA Commercial Lunar Payload Services для использования в различных экспериментах. Это послужит своего рода «круизом» для инструментов, позволяя команде VIPER увидеть, как снаряжение, которое они отправляют, будет работать в реальных условиях.
«Если инструменты работают красиво, хорошо», – сказал Эндрюс. «Если инструменты имеют необычное поведение, которое было неожиданным, мы можем учесть это в наших планах. А если они полностью выйдут из строя ... у нас, по крайней мере, есть шанс попытаться диагностировать, что и как пошло не так».
Хотя это не будет первый колесный аппарат, который пересечет Луну, это будет первый автономный аппарат, выполняющий гораздо более важную миссию, чем переброска астронавтов. Но Луна – суровая и беспощадная хозяйка, представляющая совершенно уникальный набор проблем, с которыми не сталкиваются более крупные марсоходы, которые в настоящее время ползают по Красной Планете. Во-первых, у Марса есть (хотя и тонкая) атмосфера, а у Луны ее нет, «когда холодает, то становится невероятно холодно, а когда теплеет, то все раскаляется», – сказал Эндрюс.
«Здесь нет сдерживающей атмосферы, которая так сильно помогает дизайну марсохода».
Более того, на Южном полюсе, где VIPER будет рыскать, солнце редко поднимается выше 10 градусов над горизонтом, что вызывает «невероятно длинные тени», – продолжил он. «А поскольку атмосферы нет, условия освещения таковы, что свет становится ослепляющим, в то время как отбрасываемые тени становятся невероятно темными», что может нанести ущерб системам визуальной навигации.
А еще есть реголит – острая, как бритва, электростатически заряженная, коварно агрессивная почва Луны. Созданный в результате миллионов лет ударов микрометеоритов, этот материал превратился в бермы и холмы, выстланные кратеры и долины на поверхности Луны. Реголит может накапливаться достаточно высоко и глубоко, чтобы свести на нет миссии устройств, подобных VIPER. Чтобы луноход оставался мобильным, команда Эндрю научила его «плавать».
В типичных условиях колеса VIPER обычно катятся по концам системы подвески на скоростях, приближающихся к «невероятным» полмили в час (то есть 20 см/с). Поскольку луноход питается исключительно от солнечной энергии с батареей мощностью 450 Вт, а не с помощью удобного радиоактивного ядра, то и передвижение затруднено.
«Мы должны иметь возможность двигаться в любом направлении в любое время, независимо от того, как [VIPER] направлен», – пояснил Эндрюс. «Это означает, что мы должны уметь ходить крабом. Таким образом, каждое из наших четырех колес может управляться независимо».
И когда луноход оказывается в трясине реголита, он может повернуть эти колеса вбок, действуя как совки, чтобы тянуться вперед. Более того, подвеска позволяет вездеходу поднимать каждое колесо независимо, как ногу. Сочетание вертикальных движений с перетаскиванием каким-то образом привело к шимми в стиле Шака:
Имейте в виду, что VIPER не будет ездить вслепую. NASA уже усердно работает над созданием лунной дорожной карты, которая поможет луноходу в его путешествии. Трехмерные карты метрового масштаба были созданы с помощью программного инструмента NASA Stereo Pipeline с открытым исходным кодом вместе с суперкомпьютером Pleiades для сборки спутниковых изображений, снятых лунным разведывательным орбитальным аппаратом, с использованием метода, известного как фотоклинометрия. С ними VIPER будет меньше шансов упасть в кратеры или перевернуться, пытаясь подняться по слишком крутому склону.
В отличие от своих собратьев с Марса, VIPER не придется так сильно полагаться на автоматизацию благодаря значительно более короткому времени задержки сигнала – 6-10 секунд по сравнению с 15-20 минутами, необходимыми для контакта с Марсом.
«Как только мы выберем место посадки… это будет в октябре», – сказал Эндрюс. «Мы собираемся выбрать оптимальный план движения лунохода, чтобы извлечь из него как можно больше научных данных».
После того, как VIPER завершит свою миссию, исследователи NASA должны иметь гораздо более широкое и подробное представление о том, где находятся водные месторождения в регионе. Но что произойдет с самим VIPER, когда он выполнит свои обязанности?
Хотя решение по этому вопросу все еще обсуждается командой VIPER, Эндрюс указывает на два возможных исхода. Можно было бы загнать луноход в самый глубокий и темный кратер, который он может найти, чтобы увидеть, что же там можно найти (в таком случае можно не рисковать потерять луноход, миссию то он свою уже выполнил). Другой вариант – припарковать его на самом высоком и наиболее освещенном холме реголита, который можно будет найти, и надеяться, что его можно будет оживить после того, как регион погрузится в полную темноту от 6 до 9 месяцев.
«Затем NASA должно будет решить, стоит ли им поддерживать команду в течение такого количества времени, – признал Эндрюс, – чтобы, когда на Южный полюс вернется Солнце, попытаться каким-то образом вернуть Viper к жизни... Стоит ли NASA делать это, стоит ли денег? Это те сделки, которые предстоит совершить агентству».Подписывайтесь на T4S.TECH в Telegram. Публикуем новости, обзоры и забавные факты о технологиях.
