NASA -undersøgelser bundtede CubeSat -mission for at studere månens hvirvler

Et nyt missionskoncept, der involverer to CubeSats forbundet med en tynd, miles lang tøjring kunne hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvordan månen fik sine mystiske "tatoveringer" - hvirvlende mønstre af lys og mørke fundet på mere end 100 steder på tværs af månens overflade.

NASAs Planetary Science Deep Space SmallSat -undersøgelser, eller PSDS3, programmet udvalgte for nylig et hold på Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, at videreudvikle et missionskoncept kaldet Bi-sat Observations of the Lunar Atmosphere above Swirls, eller BOLAS. Studiet, ledet af Goddards hovedefterforsker Timothy Stubbs, kunne føre til den første bundne planetariske CubeSat -mission, sagde Stubbs.

"Dette er et spændende koncept, " sagde Michael Collier, en BOLAS-medforsker, som siden 2015 har studeret tether-baserede missioner til indsamling af svært tilgængelige månemålinger. "Helt ærligt, Jeg synes, det er banebrydende. Tethered satellitter er en meget naturlig tilgang til målretning mod månevidenskab."

Som det i øjeblikket er udtænkt, missionen ville involvere to 12-enheder CubeSats, hvis individuelle enheder kun måler fire tommer på en side. Når parret nåede en lav vedligeholdelse, næsten stabil bane omkring 62 miles over månens overflade, de to, forbundet med en 112 mil lang tynd tøjring, ville skilles. Den øverste satellit ville klatre 118 miles over overfladen, mens den nederste, næsten identiske tvillinger ville styrte til en højde på omkring seks miles over overfladen.

"Spændingen i tøjret holder CubeSats i lodret justering, når de kredser, " sagde Stubbs. "Konfigurationen, med massens centrum i en kvasi-stabil bane, skulle gøre det muligt for den nedre CubeSat at flyve i lange varigheder i lave højder."

Uden et tøjringssystem, en sammenlignelig lavhøjdemission ville have brug for uoverkommelige mængder brændstof for at opretholde sin bane. NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter, eller LRO, for eksempel, fløj i en cirkulær bane 31 miles over overfladen tidligt i sin mission. Hvis NASA ikke havde udført fremdriftsmanøvrer for at opretholde denne bane, rumfartøjet ville have smadret ind i overfladen.

Dette skyldes de store koncentrationer af masse, der lurer på månens overflade. Disse "mascons" ændrer tyngdekraftsfeltet og kan enten trække rumfartøjet eller skubbe dem ud af kurs, dømte dem til en mission, der afslutter kollision.

"For planetariske objekter, der mangler en atmosfære, tethering er en innovativ tilgang til den tekniske udfordring ved lavhøjdemålinger ved brug af minimalt med drivmiddel, Collier sagde, tilføjer, at en CubeSat ikke kunne bære den mængde brændstof, der var nødvendig for at udføre periodiske stationsholdende manøvrer.

For forskere, der forsøger bedre at forstå månens mærkelige, luftløst miljø, jo lavere de kan installere CubeSat, des bedre.

Udstyret med en næsten identisk serie af miniaturiserede instrumenter, inklusive spektrometre og billedapparater, der allerede er avanceret af BOLAS medforskere og samarbejdspartnere, tvillingesatellitterne ville karakterisere månens brintcyklus fra både lav og høj højde. "Der er meget videnskab, du kan lave med denne instrumentsuite, "Sagde Stubbs, tilføjer, at teamet planlægger at udnytte undersystemer udviklet af Kentucky's Morehead State University, som leder NASAs Lunar IceCube -mission. Lunar IceCube vil lede efter månens flygtige stoffer og vand i løbet af sine seks måneder i månens kredsløb.

I løbet af det foreslåede et år i kredsløb, BOLAS-instrumenterne ville karakterisere mekanismerne for brintimplantation på månens overflade såvel som deres afhængighed af månens sammensætning, regolith, lokal topografi, plasmaforhold, tid på dagen, og magnetiske felter i skorpen.

Et af missionens primære mål er at forstå dannelsen af ​​månens hvirvler - de ulige markeringer af lys og mørke, der ser næsten ud som om de var malet på månens overflade - og den rolle, som magnetiske anomalier og rumforvitring kunne spille i deres skabelse .

Observationer indikerer, at hvirvlerne dukker op, hvor ældgamle stykker af magnetfelt er indlejret i måneskorpen. De viser også, at de lyse områder ser ud til at være mindre forvitrede end deres omgivelser. Flere fænomener kan få materiale udsat for rummet til at ændre sig både fysisk og kemisk, resulterer i mørkere over tid, herunder solvind og mikrometeoroidpåvirkninger.

Disse spor har ført til tre fremtrædende teorier om deres dannelse.

En teori tyder på, at hvirvlerne og magnetfelterne begge er dannet af materialefløder, der skubbes ud af kometpåvirkninger. En anden hypotese siger, at når mikrometeoroide bombardement hæver månens fine støvpartikler, et eksisterende magnetfelt over hvirvlerne sorterer dem efter deres modtagelighed for magnetisme, danner lyse og mørke mønstre med forskellige sammensætninger. Og en anden teori postulerer, at da partikler i solvinden millioner mil i timen er elektrisk ladede, de reagerer på magnetiske kræfter. Måske skærmer magnetfeltet overfladen mod forvitring fra solvinden.

Observationer fra NASAs LRO giver troværdighed til den magnetiske skjoldhypotese, siger videnskabsmænd. Imidlertid, ingen udelukker noget endnu.

Indtil videnskabsmænd lancerer en mission, der er i stand til at udføre globale målinger tæt på jorden, et endeligt svar er ikke sandsynligt, sagde Collier. Imidlertid, han mener, at BOLAS-missionen med to satellitter kan levere de data, som det videnskabelige samfund har brug for.

"Dette kan være et paradigmeskift, " sagde Collier. "Alle indikationer viser, at denne mission kan udføres med eksisterende teknologi."

Små satellitter, inklusive CubeSats, spiller en stadig større rolle i udforskningen, teknologi demonstration, videnskabelig forskning og pædagogiske undersøgelser ved NASA, inklusive:planetarisk rumudforskning; Jordobservationer; grundlæggende jord- og rumvidenskab; og udvikling af forløbervidenskabelige instrumenter som banebrydende laserkommunikation, satellit-til-satellit-kommunikation og autonome bevægelsesmuligheder.