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美国宇航局的月球手电筒任务将探索月球最黑暗的陨石坑

美国宇航局的月球手电筒任务将探索月球最黑暗的陨石坑

为了支持下一波人类探索,月球手电筒任务将在月球南极寻找潜在的冰。

在阿尔特弥斯计划中,当宇航员探索月球时,他们可能需要利用月球表面已经存在的资源。以水为例:因为从地球上发射水是一种沉重而昂贵的资源,我们未来的探险者可能不得不寻找冰来开采。一旦被挖掘出来,它可以被熔化和净化,用于饮用和火箭燃料。但是月球上有多少水,我们在哪里可以找到?

这就是美国宇航局的月球手电筒的用武之地。一个公文包大小的小型卫星也被称为立方体卫星;该项目旨在探测月球陨石坑底部天然形成的冰,这些冰从未见过阳光。

尽管我们很清楚月球上最冷、最黑的环形山里有冰,但之前的测量结果却有一点模棱两可。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的首席研究员芭芭拉·科恩说。从科学的角度来说,这是可以的,但是如果我们打算把宇航员送到那里去挖冰喝,我们必须确保冰的存在。

该航天器由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室管理,是一项技术演示:它将寻求实现几项技术上的突破,包括首次使用激光寻找水冰。它也将是第一个使用绿色能源的行星宇宙飞船。推进剂是一种新型燃料,比常用的宇宙飞船推进剂肼的运输和贮存更安全。

像月球手电筒这样的技术演示任务,成本更低,填补了我们知识的一个特定空白,可以帮助我们更好地为NASA在月球上的长期存在做准备,并测试未来任务中可能使用的关键技术。喷气推进实验室月球手电筒项目经理约翰·贝克说。

凝视着阴影

在两个月的时间里,月球手电筒将低空掠过月球南极,将其激光照射到永久阴影区,并探测表面冰层。在南极和北极附近发现的这些深色的陨石坑被认为是寒冷的陷阱。聚集了不同的冰分子,包括水冰。这些分子可能来自彗星和小行星撞击月球表面的物质,也可能来自太阳风与月球土壤的相互作用。

太阳绕着陨石坑的地平线运行,但实际上从未照进过陨石坑。科恩的团队包括加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)、约翰霍普金斯应用物理实验室(John Hopkins Applied Physics Laboratory)和科罗拉多大学(University of Colorado)的科学家。因为这些陨石坑太冷了,这些分子从来没有获得足够的能量来逃逸,所以它们被困住了,并在数十亿年的时间里不断积累。

月球探照灯的四激光反射计将使用近红外波长的光线,这种光线很容易被水吸收,用来识别月球表面是否有积冰。当这些激光射入南极永久阴影区域时,如果它们击中了裸露的岩石,它们发出的光将反射回宇宙飞船,这表明那里没有冰。但如果光被吸收,这就意味着这些黑暗的口袋里确实有冰。吸收得越多,冰面上的冰就越广泛。

虽然立方体卫星只能提供表面冰层的信息,而不能提供其下方的信息,但月球手电筒试图填补我们在了解这些地区拥有多少水冰方面的一个关键空白。我们还将能够把月球手电筒的数据与我们已经从其他绕月飞行任务中获得的大量数据进行比较,看看水冰的特征是否存在相关性,从而使我们对月球表面冰的分布有一个全局的认识。科恩补充说。

这项任务在IEEE航空航天与电子系统杂志2020年4月刊上发表的一篇新论文中有详细介绍。

月球手电筒计划由美国宇航局空间技术任务理事会的小型航天器技术项目资助。该项目位于美国国家航空航天局位于加州硅谷的艾姆斯研究中心。它将是“阿尔特米斯1号”任务上的13个二次有效载荷之一,这是美国宇航局深空探测系统的首次综合飞行测试,包括猎户座飞船和从佛罗里达州肯尼迪航天中心新升级的探测地面系统发射的太空发射系统(SLS)火箭。

根据阿尔特弥斯计划,宇航员和机器人将比以往更多地探索月球。2021年,机器人将开始商业探月任务,2024年人类将重返月球,该机构将在2020年之前建立可持续的探月计划。我们将利用我们在月球上学到的知识,为把宇航员送上火星做准备。

月球手电筒:照亮月球南极芭芭拉·a·科恩,保罗·o·海恩,本杰明·格林哈根,大卫·a·佩奇,卡丽娜·西博尔德和约翰·贝克,2020年4月22日,IEEE航空航天和电子系统杂志。

DOI: 10.1109 / MAES.2019.2950746

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