Forskere kæmper for at bygge nyttelast til månelanding i 2021

Oprydning af reservedele og fat i hyldevare, University of California, Berkeley, rumforskere er i en sprint for at bygge videnskabelige instrumenter, der vil lande på månen om blot to år.

NASA annoncerede i går, at det har udvalgt 12 videnskabelige nyttelaster til at flyve ombord på tre månelandingsmissioner inden for de næste par år. En af dem vil være Lunar Surface Electromagnetics Experiment (LuSEE), som vil blive bygget under ledelse af Stuart Bale, en UC Berkeley professor i fysik og en veteran fra flere tidligere NASA-missioner, inklusive Parker Solar Probe, der blev lanceret i august sidste år.

De videnskabelige og teknologiske eksperimenter vil udforske månens overflademiljø forud for kommende menneskelige missioner og er en del af NASAs samarbejde med kommercielle partnere om at opsende nyttelaster – og, inden 2024, mennesker - til månen.

Bale og hans kolleger ved UC Berkeley's Space Sciences Laboratory har mindre end 6 millioner dollars til at dække omkostningerne, hvilket betyder, at de vil samarbejde med reservedele, der oprindeligt blev bygget til Parker Solar Probe og andre rumfartøjer, inklusive STEREO, som blev lanceret i 2006 og stadig giver stereoudsigt til solen, og 2013 MAVEN på en mission til Mars. LuSEE vil foretage omfattende målinger af elektromagnetiske fænomener på månens overflade og opstille et simpelt radioteleskop - det første operationelle teleskop på månen.

"NASA ønskede instrumenter, der er klar til at gå, fordi tidsplanen er virkelig aggressiv. Vi taler om at samle noget og levere det på omkring 18 måneder, som er hurtig, " sagde Bale. "Vi foreslog en omflyvning af vores Parker Solar Probe-instrumentering, som virker som en charme, og holdet er stadig sammen for at få det tunet op. Vi er gode til at bygge eksperimenter hurtigt, og det virker."

"Berkeley vil sætte et eksperiment på månens overflade, " tilføjede Bale. "Det er ret fedt, Jeg tror."

To ugers levetid?

Eksperimentet forventes ikke at vare længere end en månedag - omkring to uger - fordi batterierne vil aflades i løbet af de to uger om natten. Men Bale håber, at den vil overleve månemørket og leve for at observere endnu en månedag.

"Det termiske miljø er virkelig grimt på den mørke side, så vi lander om morgenen, når solen står op på månen, bruge to uger – et månedagslys – på at observere som en gal, og når det bliver nat, landeren går i mørke, og batterierne vil løbe tør, fordi der ikke er nogen solenergi til at genoplade dem. De er ikke forpligtet til at vågne op på den anden side."

Missionerne er en del af NASAs Commercial Lunar Payload Services-program, som den 31. maj bestilte tre opkomne virksomheder til at bygge månelandere for at returnere NASA til månen 50 år efter, at USA sidst landede et rumfartøj der:Apollo 17 bemandede mission i 1972. Disse landere vil bære de 12 nyttelaster, hvoraf syv vil fokusere på at besvare spørgsmål inden for planetarisk videnskab og heliofysik, og fem om demonstration af nye teknologier.

"Disse nye månens nyttelast repræsenterer banebrydende innovationer, der vil hjælpe os med at lære månen at kende, som vi aldrig har gjort før, mens vi forbereder os på at lande mennesker på månen og, til sidst, Mars, " sagde Thomas Zurbuchen, associeret administrator for agenturets direktorat for videnskabsmission i Washington, D.C. "Hver enkelt bringer noget nyt til månen og kan drage fordel af tidlige flyvninger gennem vores kommercielle partnerskabsprogram."

En af de tre landere vil bære LuSEE, som vil måle månens svingende magnetfelt og støvet, der sparkes op af lys og elektroner, der kommer fra solen.

Støv kan være et stort problem for fremtidige månekolonister, sagde Bale. Harrison Schmitt, hvem besatte Apollo 17, havde en allergisk reaktion på månestøv, ligesom en læge, der lossede Schmitts rumdragt, da han vendte tilbage til Jorden. Det fine støv var også til gene inde i Apollo-landerne, fordi den er elektrisk ladet og klæber til alt.

Månens overflade er elektrostatisk ladet, også, hvilket kan give problemer for strukturer og mennesker på månen. Apollo-astronauter så fontæner af støv kastet op i luften ved månens dag-nat-grænse, formentlig på grund af spændingsforskelle mellem de oplyste og uoplyste dele af månen. Spændingsforskellene kan også oplade genstande på overfladen, fører til gnistdannelse.

Bale er interesseret i, hvordan det elektrostatiske miljø på overfladen ændrer sig, når solen bevæger sig hen over himlen, og hvordan det skiftende elektrostatiske miljø påvirker støvet. Magnetometre om bord vil måle ændringer i magnetfeltet, som hidtil kun er blevet målt indirekte af rumfartøjer, der kredser om månen, ved hjælp af instrumenter bygget på Space Sciences Laboratory.

LuSEE vil også bære det første amerikanske radioteleskop på månen, en simpel dipolantenne, der er som en kaninøre-tv-antenne. Antennen vil være identisk med den ombord på Parker Solar Probe, som hidtil har været i stand til at optage radioemissioner fra Mælkevejsgalaksen i frekvensområder, der ikke er mulige at detektere på Jorden, fordi sådanne bølgelængder er blokeret af ioner i atmosfæren.

"Jeg er sikker på, at vi vil se solen - soludbrud, type 3 radiostorme, koronale masseudstødninger - men også Jupiter og andre planeter, som vi allerede ser med solsonden, " sagde Bale. "Og vi vil se en masse emissioner fra Jorden. Vi foreslår at lave en undersøgelse af radiomiljøet på månens overflade som forberedelse, en skønne dag, for et mere avanceret radioteleskop."

Sådan en solarray på månen kunne besvare spørgsmål om universets tidlige historie, inklusive "reioniseringens epoke, "da de første stjerner begyndte at dannes i universet, omkring 400 millioner år efter Big Bang.