Миссия НАСА направлена на изучение льда и воды на Луне
Осенью 2023 года американский марсоход приземлится на южном полюсе Луны. Его миссия: исследовать водяной лед, который, как известно ученым, скрывается в лунных тенях и который, по их мнению, может помочь людям, которые однажды могут исследовать Луну или использовать ее в качестве стартовой площадки для более отдаленных космических исследований. НАСА недавно выбрало Кевина Льюиса, адъюнкт-профессора факультета наук о Земле и планетах Школы Кригер, который также работал над марсианскими миссиями, в качестве соисследователя миссии. Используя часть навигационной системы марсохода, он планирует исследовать подземную геологию Луны из своего офиса в Олин Холле. «Я участвовал в других марсоходных миссиях, но на Марсе, поэтому я немного новичок на Луне», — сказал Льюис. «Мы собираемся заглянуть в тени, которые никогда не видели солнца, не говоря уже о том, чтобы их видели люди. Так что это может быть совсем другой тип поверхности, чем мы видели на других фотографиях поверхности Луны».
Большая часть Луны полностью лишена воды. Это из-за того, как образовался спутник, в результате гигантского столкновения между протоземлей и объектом размером с Марс. Температуры были достаточно высоки, чтобы не только расплавить горные породы, но и испарить их, в результате чего вокруг Земли появилось облако паров горных пород. В конце концов пар объединился, чтобы сформировать луну. Эти температуры также были достаточно высокими, чтобы отогнать любую воду, даже не оставив заметных следов, застрявших в скалах, как на Земле. Но со временем метеоры и кометы, содержащие водяной лед, бомбардировали Луну, заставляя молекулы льда прыгать по лунной поверхности.
Угол наклона солнца к полюсам луны крутой, что создает длинные тени. Это означает, что некоторые из полярных кратеров вообще не получают солнечного света. Когда молекулам воды случается прыгать в одну из тех неосвещенных областей, температура которых является одной из самых низких в Солнечной системе и составляет всего несколько десятков градусов выше абсолютного нуля, она истощает их тепловую энергию, и они остаются на поверхности. «Таким образом, со временем в этих постоянно затененных регионах могут образоваться ледяные отложения, которые могут быть практически единственным источником воды на всей Луне в полезных количествах», — сказал Льюис.
Ровер Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, или VIPER, представляет собой робота размером с тележку для гольфа, предназначенного для экстремальных и неизвестных мест южного полюса Луны. Ровер, который преодолеет несколько километров за несколько лунных дней — или около 100 земных дней — оценит такие вещи, как форма воды, ее количество, похожа ли она больше на иней на поверхности или на лед в глубине. и есть ли его больше в одних областях, чем в других. В настоящее время VIPER собирается в Космическом центре НАСА имени Джонсона в Хьюстоне и должен быть адаптирован к конкретным условиям, с которыми он столкнется на южном полюсе Луны. Есть кратерированная почва с различной степенью уплотнения, требующая четырех колес с независимым управлением, которые могут преодолевать уклоны от 25 до 30 градусов.
Наблюдаются резкие перепады температуры Луны, от 225 градусов по Фаренгейту на солнце в течение дня до -400 градусов в этих постоянных тенях; Квадратная форма VIPER защищает инструменты, и в настоящее время проводятся калибровки высокоточной технологии для защиты от этих колебаний. Есть и сама темнота, которая потребовала первых фар, когда-либо использовавшихся на марсоходе, чтобы освещать места на Луне, которые никогда не видели солнечного света. И есть противоречивые потребности науки и логистики — наука требует, чтобы VIPER проводил время в тени, но марсоход также должен будет периодически вылезать из кратеров, чтобы перезарядить свои батареи на солнце. Солнечные батареи большинства марсоходов расположены на их крышах, но угол полярного солнечного света требует, чтобы батареи VIPER были установлены по бокам.
НАСА выбрало восемь новых соисследователей VIPER, отчасти для того, чтобы привнести в команду новые идеи и опыт. Исследование Льюиса эффективно дает марсоходу совершенно новый научный инструмент для исследования Луны. Чтобы отслеживать свое положение и ориентацию, VIPER оснащен акселерометрами — устройствами, которые обычно используются для определения изменений положения и наклона марсохода. Это инструменты, которые Льюис планирует перепрофилировать для своих исследований. Акселерометры чрезвычайно чувствительны; они могут обнаружить незначительное изменение гравитации, которое вы бы испытали, если бы под землей, на которой вы стоите, находились залежи руды.
«Гравиметрия использовалась для разведки на Земле; вы можете посмотреть на гравитационные аномалии, и они расскажут вам кое-что о подземной геологии», — сказал Льюис. «Мы смогли сделать это на Марсе и определить плотность подповерхностных пород, по которым мы едем. Мы собираемся сделать это и на Луне и попытаться определить вертикальную плотность реголита. и ищите любые геологические аномалии». VIPER является частью программы NASA Artemis, многоэтапного процесса по возвращению людей на Луну. Artemis I станет первым испытанием ракеты, которая в конечном итоге доставит людей, и ее запуск запланирован на этот год. Artemis II, запуск которого запланирован на 2023 год, выйдет на орбиту Луны с людьми на борту. Планируется, что Artemis III высадит людей на поверхность Луны в 2024 году.
«Довольно дико работать над миссией VIPER параллельно с исследовательской частью программы Artemis», — сказал Льюис. «Несмотря на то, что эти астронавты не будут пить эту воду напрямую, очень круто делать это на фоне фактического возвращения на Луну». Как член научной группы, Льюис не участвует в создании VIPER, и он не будет напрямую управлять какими-либо элементами управления во время миссии. Но с тех пор, как он присоединился к команде, он участвовал в симуляционных операциях, когда команда практиковалась в использовании технологий марсохода и принятии решений, которые необходимо будет принимать на месте. Миссия начинает казаться реальной. «Просто очень интересно искать воду, которая когда-нибудь потенциально может быть использована людьми-исследователями», — сказал Льюис. «Найти воду, бутылку которой они когда-нибудь выпьют, — это сносит вам крышу. И, конечно же, геологическая сторона этого: история Луны, геологическая и тепловая эволюция ее коры — тоже очень интересные вопросы».
