月球水成像仪与 NASA 的 Lunar Trailblazer 集成

2022 年 12 月,工程师们在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德马丁航天公司的洁净室里,为美国宇航局的月球开拓者航天器开发 JPL 开发的高分辨率挥发物和矿物月球测绘仪 (HVM³)。图片来源:洛克希德马丁航天公司

Lunar Trailblazer 是美国宇航局在加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院领导的任务,旨在了解月球水和月球水循环,距离明年发射又近了一步。 本月早些时候,该机构位于南加州的喷气推进实验室向科罗拉多州的洛克希德马丁航天公司交付了一个关键的科学仪器,该团队将其与小型卫星或 SmallSat 集成在一起。

该仪器称为高分辨率挥发物和矿物月球测绘仪 (HVM3),是月球开拓者上的两个仪器之一。 HVM3 将探测月球表面的水并绘制地图,以确定其丰度、位置、形态及其随时间的变化情况。 该信息将提供有关月球水循环的数据,并有助于为未来的人类任务提供信息,了解在哪里可以找到水供应并将其作为资源提取。

“HVM3 的校准和集成是一个重要的里程碑,因为经过三年的努力,该团队交付了我们的关键科学仪器。这是一个非常激动人心的时刻,”JPL 系统工程师兼 HVM3 仪器经理 Walton Williamson 说。

另一台仪器 Lunar Thermal Mapper 红外多光谱成像仪由英国牛津大学开发,计划于 2023 年初交付和集成。

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Lunar Trailblazer 于 2019 年入选 NASA 的小型创新行星探索任务 (SIMPLEx) 计划,其太阳能电池板完全展开时只有 11.5 英尺(3.5 米)宽,但它是一个具有深远目标的紧凑型航天器。


高分辨率挥发物和矿物月球测绘仪 (HVM³) 的侧面是在洁净室中打开仪器时看到的。 JPL 开发的成像光谱仪后来与 NASA 的 Lunar Trailblazer 航天器集成在一起。 图片来源:洛克希德马丁空间

虽然过去的观察已经证实月球表面有水,但对其分布或形式知之甚少。 HVM3 是一种成像光谱仪,它将通过绘制月球表面不同形式的水的光谱指纹(或反射太阳光的波长)来制作高分辨率地图,从而填补这一知识空白。

例如,水分子可能被锁定在月球岩石和风化层(破碎的岩石和灰尘)内部,并且它们可能会在寒冷的阴影中像霜一样短时间沉降。 当太阳在阴历日划过天空时,影子也会移动,将这些水分子循环到月球的外逸层,并将它们运送到其他寒冷的地方,在那里它们可以再次凝结成霜。 最有可能容纳大量水冰的地方是月球两极的永久阴影陨石坑,这是科学和探索的主要目标。

为了区分这些不同形式的水、它们的移动方式和位置,HVM3 有两个关键特征使其有别于其他光谱仪。 首先是它能够检测很容易被不同形式的水吸收的各种红外波长。 第二个是它对这些波长的敏感性:HVM3 被设计成对低光照水平敏感,这对于揭示可能在月球最黑暗的陨石坑中发现的水至关重要。

“测量月球表面永久阴影区域将是任务中最具挑战性的部分,”喷气推进实验室高级研究科学家兼 HVM3 仪器科学家大卫·R·汤普森 (David R. Thompson) 说。 “为了观察那些亿万年没有阳光照射的陨石坑底部的任何冰,我们将使用从邻近的太阳能照明陨石坑壁散射的光。”

月球水成像仪与 NASA 的月球开拓者相结合
2022 年 12 月初,HVM³ 仪器位于喷气推进实验室的洁净室中。该仪器在喷气推进实验室制造,然后运往科罗拉多州的洛克希德马丁航天公司,与美国宇航局的月球开拓者航天器集成。 图片来源:NASA/JPL-Caltech

汤普森将此比作篮球中的银行投篮,当一名球员投篮时从篮板弹回篮筐。 太阳光子——光的量子粒子——从受阳光照射的陨石坑斜坡上反弹或散射,并被重新定向到永久阴影的陨石坑底部。 这种光比直接的太阳光暗一千倍以上,需要高灵敏度的仪器。

在 HVM3 寻找水的地方,Lunar Thermal Mapper 将详细描述月球表面的温度特性。 它们将共同为科学家提供有关表面温度怎样影响月球上水分布的更深入知识。

Lunar Trailblazer 负责人 Bethany Ehlmann 表示:“这项任务是量身定制的,目的是通过绘制月球水的分布图来解开月球水的长期谜团,同时也帮助我们了解它是被锁在月球物质中,还是在寒冷的地方像冰一样覆盖在月球表面。”加州理工学院研究员。 “我为 Trailblazer 团队完成了这一重要的仪器交付里程碑感到无比自豪。现在我们正专注于即将推出的下一阶段。”