NASA-videnskabsmænd trykkede for at modne mere robust seismometersystem til at måle måneskælv

NASA har ikke målt måneskælv, siden Apollo-astronauter indsatte en håndfuld målestationer forskellige steder på månens overflade og opdagede uventet, at Jordens eneste naturlige satellit var langt fra seismisk inaktiv.

Hvis Terry Hurford, en geofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, har sin vilje, en næste generation, meget robust seismometer, som han nu udvikler sammen med sin Arizona State University-partner, vil være en af ​​de innovative nye teknologier og systemer, som NASA bruger til at udforske Månen mere detaljeret under sit Artemis-program. Kaldet Subsurface Lunar Investigation and Monitoring Experiment, eller SUBLIMER, Systemets data vil ikke kun kortlægge Månens indre, fra dens regolit til dens kerne, men også advare astronauter om seismiske hændelser.

NASAs udvikling og fremskridt af måneinstrumentering, eller DALI, støtter indsatsen.

Rudimentær forståelse

Før Apollo, videnskabsmænd var uvidende om Månens rystelse. Fra 1969 til 1977, instrumenter indsat som en del af NASAs Apollo Lunar Surface Experiment Package, eller ALSEP, optaget 12, 000 seismiske hændelser, herunder meteornedslag og dybe og lavvandede måneskælv, hvis intensiteter varierede i størrelsesorden fra mindre end tre til så højt som fem. I 1977, NASA slukkede for ALSEP-arrayet. Selvom videnskabsmænd stadig udvinder ALSEP-data, "vores forståelse af Månens indre forbliver rudimentær og begrænset, " sagde Hurford.

Lær mere om Månens indre struktur og giver et tidligt varslingssystem til astronauter, derfor, har høj prioritet. "Et af nøgleinstrumenterne ville være et seismometer, "især en, der er let at implementere, robust, og relativt billige at bygge – præstationskriterier, som SUBLIME forventes at opfylde, han tilføjede.

Hurford og hans team designer specifikt SUBLIME, så ethvert NASA- eller kommercielt lander- eller roversystem kan implementere det, uanset terræn og missionens varighed. Det langsigtede mål er at etablere et netværk af seismiske stationer.

Allerede relativt moden på grund af tidligere investeringer fra flere NASA-teknologiudviklingsprogrammer samt Goddards Internal Research and Development (IRAD) program, path-finding SUBLIME forventes at være næsten klar til implementering, når dets DALI-finansiering slutter om tre år. Fem andre hold, der involverede Goddard-eksperter, modtog DALI-midler til at fremme andre instrumenter, at sikre, at centret har en rolle at spille i agenturets næste udforskningstid.

Systemforbedringer

SUBLIME tilbyder forbedringer i forhold til andre systemer, sagde Hurford. "Der var flere bestræbelser på at bygge planetariske seismometre efter den fulde udbredelse af Apollo-månenettet, " sagde han. NASA fløj dem til sidst på Mars Viking-missionen, Venus Venera 13 og 14 missioner, og nu Mars InSight-missionen, agenturets første mission dedikeret til at se under Mars-overfladen.

Apollo-æraens instrumenter var følsomme over for tilt; derfor, astronauterne skulle placere dem. Og mens Mars InSight-instrumentet er det bedst ydende planetariske seismometer til dato, dens sensorsystem er meget stort. En kompleks robotarm skal implementere instrumentet.

SUBLIME er baseret på den molekylære elektroniske transducer, eller MET, en teknologi Arizona State University bidrager til indsatsen. Anvendes i terrestrisk seismologi, MET er afhængig af en væske, der reagerer på seismiske accelerationer. Væsken strømmer gennem et føleelement, der genererer en målbar strøm, som giver meget præcise jordbevægelsesdata.

Det smukke ved MET-teknologi er, at den er robust og let at implementere. SUBLIME-enheden vil omfatte tre sensorer, der er orienteret i forskellige retninger inde i instrumentets hus. Hvis pakken vælter og ender på siden, for eksempel, orienteringen vil ikke mindske SUBLIMEs evne til at indsamle data og lokalisere kilden til seismisk aktivitet. Med andre ord, instrumentpakken behøver ikke at være placeret præcist for at udføre sit arbejde. Ud over, den har ingen bevægelige dele og er nem at fremstille, sagde Hurford.

Goddard-teknologer hjalp med at forbedre sensorens design til at inkludere yderligere tætninger og en bedre måde at montere sensorerne på, Hurford sagde, tilføjer, at målet under DALI-prisen er at højne sensorens teknologiske beredskab, så den trygt foreslår til flyvning.

Men centrets vigtigste bidrag er udlæsningselektronikken, som har en avanceret, strålingshærdet applikationsspecifikt integreret kredsløb, eller ASIC, der minimerer instrumentets masse- og effektbehov. Udviklet af teknolog Gerard Quilligan under flere IRAD-priser, ASIC'en leverer alle husholdningsfunktioner og konverterer den strøm, der detekteres af MET-sensoren, til en spændingsaflæsning og digitaliserer den derefter.

IRAD historie

"Den chip har en masse historie i tidligere IRAD-priser, " sagde Hurford. "Sensoren er afgørende, men det er ikke et instrument, før du sætter det hele sammen."

Som et førstegenerations seismometer, SUBLIME vil sandsynligvis blive brugt til at begynde med på kortvarige implementeringer. Men det er design, som kunne tilpasses til brug på andre planeter og måner på grund af dens robusthed og følsomhed, muliggør langsigtede implementeringer, der er nødvendige for at skabe et netværk af overvågningsstationer.

"En skønne dag, Jeg vil detektere seismisk aktivitet på Europa, og SUBLIME er det første lille skridt mod det mål, " sagde Hurford.