Lunar Flashlight-missie: Het scannen van de zuidpool van de maan op waterijs

Wanneer dorstige bewoners van een permanente gemeenschap op de maan een slok fris water drinken dat afkomstig is van de zuidpool van de maan, zullen ze genieten van de voordelen van een 30 pond zwaar ruimtevaartuig bekend als de Lunar Flashlight, dat samengesteld en getest is aan het Georgia Institute of Technology (Georgia Tech). Lunar Flashlight zal krachtige lasers en een boordspectrometer gebruiken om beschaduwde gebieden van krateren op de zuidpool te doorzoeken op bewijs van oppervlakte-ijs. Eerdere NASA-missies hebben getoond dat de maan bevroren water in deze gebieden kan hebben, en door dicht bij het oppervlak te draaien, zal het ruimtevaartuig in staat zijn om locaties te identificeren die de moeite waard zijn om door toekomstige missies te verkennen.

Ontwikkeling en samenwerking

Lunar Flashlight is ontwikkeld door een team van NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), NASA's Goddard Space Flight Center (GSFC), de University of California, Los Angeles (UCLA), Georgia Tech, en NASA's Marshall Space Flight Center (MSFC).

Onderzoekers in Georgia Tech's School of Aerospace Engineering werkten met MSFC samen om het ruimtevaartuig's aandrijvingssysteem te ontwikkelen – een nieuwe technologie die een verbeterd milieuvriendelijk propellant gebruikt – en collaboreerden met het Georgia Tech Research Institute (GTRI) om de Lunar Flashlight te assembleren en te testen in een set unieke faciliteiten in Atlanta.

Meer dan alleen ijsdetectie

Naast het bestuderen van de maan's ijs, zal Lunar Flashlight demonstreren dat kleine ruimtevaartuigen grote capaciteiten kunnen hebben. Het zal de eerste CubeSat zijn die een groen monopropellant aandrijvingssysteem gebruikt voor baaninsertie bij de maan – en om posities te veranderen voor het richten van zijn instrumenten, data terug naar de aarde te radioen, en zonlicht te verzamelen om zijn operaties te sturen. De CubeSat, die ongeveer de grootte heeft van een desktopcomputer, zal ook de eerste zijn die actieve laserspectroscopie gebruikt om het maanoppervlak te verkennen.

Tot nu toe hebben CubeSats – genaamd naar hun gebruik van standaard kubieke modules – voornamelijk taken in de aardbaan übernommen en hadden geen krachtige aandrijvingssystemen nodig. Lunar Flashlight zal helpen de capaciteit van kleine en relatief goedkope ruimtevaartuigen te demonstreren om belangrijke ruimtemissies te hanteren die eerder voorbehouden waren aan grotere voertuigen.

Werking van de lasers

Lunar Flashlight draagt vier krachtige nabij-infrarood lasers die op verschillende golflengtes in het nabij-infrarood spectrum opereren. De lasers worden gericht op beschaduwde gebieden van krateren en zullen in volgorde opereren om locaties te verlichten waar ijs mogelijk gedeponeerd en beschermd is tegen smelten. Water in de vorm van ijs zal het laserlicht absorberen, terwijl droog maangeboden – bekend als regoliet – de bundels terug naar de spectrometer van het ruimtevaartuig zal reflecteren.

„Door het teruggekeerde licht te bestuderen, zal het systeem ons vertellen of waterijs aanwezig is in deze permanent beschaduwde gebieden,” zei Jud Ready, principal research engineer bij GTRI en de Lunar Flashlight project's principal investigator bij Georgia Tech. Het Lunar Flashlight wetenschappelijke team zal de metingen van de CubeSat interpreteren samen met datasets verzameld door andere ruimtevaartuigen om de abundantie en distributie van maaniijsdeposits beter te begrijpen.

De lasers zullen aangedreven worden door een grote lithium-ionbatterij die opgeladen zal worden door de vier zonnepanelen op het ruimtevaartuig. De lasers, spectrometer en batterij nemen ongeveer een derde van de totale volume van de Lunar Flashlight in beslag.

Data van de zoektocht naar ijs zal uitgezonden worden naar NASA's Deep Space Network door een radiozender vergelijkbaar met die gebruikt in andere NASA-missies. De radio zal ook commando's ontvangen die naar het ruimtevaartuig worden gestuurd vanaf controllers op aarde; vanwege de tijd die nodig is voor signalen om naar de maan te reizen, zullen de commando's opgeslagen en uitgevoerd worden op specifieke tijden. De data zal binnenkomen in Georgia Tech's missie-operaties controlecentrum, gelegen in de School of Aerospace Engineering, en doorgestuurd worden naar UCLA voor analyse en archivering in het NASA Planetary Data System. Ruimtevaartuig-controllers bij Georgia Tech zullen de signalen monitoren om ervoor te zorgen dat Lunar Flashlight functioneert zoals bedoeld.

Doelstellingen en toekomstige toepassingen

Lunar Flashlight's doel is om een van NASA's Strategische Kennisgaten aan te pakken: het begrijpen van de samenstelling, hoeveelheid, distributie en vorm van water en waterionen – zoals hydroxy (OH) – in maankoude plekken bekend als „koude vallen.” Eerdere NASA maanorbiters en andere missies hebben potentiële waterijsdeposities op hoge breedtes op de maan gedetecteerd. Lunar Flashlight zal een handvol van die deposities in kaart brengen met ruimtelijke resoluties van één tot twee kilometer, wat aanzienlijk meer detail biedt dan eerdere missies. Naast het bevestigen van het bestaan van het bevroren water, zal Lunar Flashlight informatie verschaffen die kan helpen bepalen waar toekomstige missies kunnen landen om het water te bemonsteren en zijn potentieel voor menselijk gebruik te evalueren.

Het gebruik van de maan's eigen waterbronnen voor het ondersteunen van menselijk leven en het produceren van brandstof kan de kosten van het onderhouden van permanente maangemeenschappen verlagen door te verminderen hoeveel materiaal van de aarde gelanceerd hoeft te worden. Naast water hoopt NASA maaanmaterialen te gebruiken om zuurstof en propellant te maken voor het lanceren van terugvluchten.