美国宇航局的任务旨在研究月球表面的冰和水

信用:美国国家航空航天局

2023 年秋天,美国的漫游车将降落在月球的南极。 它的使命是:探索科学家们所知道的潜伏在月球阴影中的水冰,他们认为这有助于维持人类有朝一日探索月球或将其用作更遥远太空探索的发射台。

美国宇航局最近选择了克里格学院地球与行星科学系的副教授凯文·刘易斯(Kevin Lewis),他也曾参与过火星任务,作为该任务的联合研究员。 他计划使用漫游者导航系统的一部分,在他位于奥林霍尔的办公室探索月球的地下地质。

刘易斯说:“我一直在执行其他漫游车任务,但在火星上,所以我对月球有点陌生。” “我们将看到从未见过太阳的阴影,更不用说被人类看到了。所以它可能是一种与我们在其他月球表面照片中看到的非常不同类型的表面。”

比沙漠更干燥

大部分月球完全没有水。 这是因为卫星的形成方式,在原始地球和火星大小的物体之间发生了巨大的撞击。 温度足够高,不仅可以融化岩石,还可以将其汽化,导致一团岩石蒸气云绕地球运行。 蒸汽最终合并形成月球。

这些温度也足够高,可以驱走任何水,甚至不会像地球上那样在岩石中留下明显的痕迹。 但随着时间的推移,含有水冰的流星和彗星轰击了月球,使冰分子在月球表面跳跃。

太阳在月球两极的角度很陡,形成了长长的阴影。 这意味着一些极地陨石坑根本没有接收到阳光。 当水分子碰巧跳入其中一个没有光照的区域时,该区域的温度是太阳系中最冷的区域之一,仅比绝对零高几十度,它会耗尽它们的热能,它们仍然粘在表面。

刘易斯说:“因此,随着时间的推移,你可以在这些永久阴影区域积聚冰层,这可能基本上是整个月球上唯一可用的水源。”

绕着月亮转

Volatiles Investigating Polar Exploration Rover,或 VIPER,是一个高尔夫球车大小的机器人,专为月球南极的极端和未知而设计。 火星车将在几个月球日或大约 100 个地球日内行驶几公里,将评估诸如水的形式,水的多少,它更像是表面上的霜还是深处的冰,以及在某些领域是否比其他领域更多。

目前正在休斯顿的美国宇航局约翰逊航天中心组装,VIPER 必须针对它将在月球南极遇到的特定条件进行定制。 坑坑洼洼的土壤具有不同程度的压实,需要四个独立控制的轮子来处理 25 到 30 度的坡度。

月球剧烈的温度波动,从白天太阳下的华氏 225 度到永久阴影下的 -400 度不等; VIPER 的四四方方形状保护了仪器,目前正在对高精度技术进行校准以防止这些摆动。

黑暗本身,需要在月球车上使用的第一个头灯,以照亮月球上从未见过阳光的地方。

科学和物流的需求相互冲突——科学要求 VIPER 将时间花在阴影中,但火星车还需要定期爬出陨石坑,在阳光下为电池充电。 大多数漫游车的太阳能电池阵列都位于它们的屋顶上,但极地阳光的角度要求 VIPER 的阵列安装在其侧面。


VIPER月球车的原型在月球操作实验室进行测试。 信用:美国国家航空航天局

追求

NASA 选择了八名新的 VIPER 联合研究人员,部分原因是为了给团队带来新的想法和专业知识。 刘易斯的调查有效地为漫游者提供了一种用于探测月球的全新科学仪器。

为了跟踪它的位置和方向,VIPER 配备了加速度计——通常用于确定位置和流动站倾斜变化的设备。 这些是刘易斯计划重新用于他的研究的工具。 加速度计非常灵敏; 如果您站立的地下有矿床,它们可以检测到您会经历的微小的重力变化。

“重力测量已被用于在地球上进行勘探;你可以查看重力异常,它们会告诉你一些关于地下地质的信息,”刘易斯说。 “我们已经能够在火星上做到这一点,并计算出我们正在驶过的地下岩石的密度。我们也将在月球上这样做,并试图计算出风化层的垂直密度并寻找任何地质异常。”

VIPER 是 NASA 的 Artemis 计划的一部分,这是一个将人类送回月球的多阶段过程。 Artemis I 将是最终将载人的火箭的第一次测试,计划于今年发射。 Artemis II 计划于 2023 年进行,它将载人绕月飞行。 Artemis III 计划在 2024 年将人类送上月球表面。

刘易斯说:“与阿尔忒弥斯计划的人类探索方面同时开展 VIPER 任务是非常疯狂的。” “即使那些宇航员不会直接喝这种水,但在实际重返月球的背景下这样做是非常酷的。”

作为科学团队的一员,刘易斯没有参与 VIPER 的构建,在任务期间他也不会直接处理任何控制。 但自从加入团队以来,他一直参与模拟操作,团队在其中练习使用流动站的技术并做出需要在现场做出的决策。

使命开始显得真实。 刘易斯说:“寻找有朝一日可能被人类探险者使用的水真的很令人兴奋。” “找到他们有朝一日可以喝一瓶的水——这让你大吃一惊。当然还有地质方面:月球的历史及其地壳的地质和热演化也是非常有趣的问题。”