MoonRanger vil søge efter vand på månernes sydpol

MoonRanger, en lille robot-rover, der udvikles af Carnegie Mellon University og dets spinoff Astrobotic, har afsluttet sin foreløbige designgennemgang som forberedelse til en mission i 2022 for at søge efter tegn på vand ved månens sydpol.

Hvorvidt begravet is findes i nyttige mængder er et af de mest presserende spørgsmål i måneudforskningen, og MoonRanger vil være den første til at søge bevis for det på jorden. Hvis det findes i tilstrækkelig koncentration på tilgængelige steder, is kan være den mest værdifulde ressource i solsystemet, sagde William "Red" Whittaker, University Founders Research Professor i Robotics Institute.

"Vand er nøglen til menneskelig tilstedeværelse på og brug af månen, " forklarede Whittaker, der leder udviklingen af ​​MoonRanger. "Rumorganisationer rundt om i verden er opsat på at undersøge det."

Whittaker og hans team henvendte sig først til NASA om at bruge robotter til at søge efter måneis i 1996, og de vil opfylde den vision et kvart århundrede senere ved at lande i 2022.

"Dette har ikke været hurtigt eller nemt, " sagde Whittaker. "Det er fantastisk, at vi efter disse mange år vil have det første kig."

NASA vil følge MoonRanger på et senere tidspunkt med sin mere dygtige Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), som vil udføre mere stringent og vedvarende udforskning og videnskabelig karakterisering af isen.

MoonRangers lander vil være Masten Space Systems' XL-1, understøttet af NASA Commercial Lunar Payload Services-programmet. Roveren vil være en af ​​otte videnskabelige og teknologiske nyttelaster, som er understøttet af NASA Lunar Surface Instrument and Technology Payloads-programmet.

Rumagenturet sagde, at nyttelasterne understøtter dets Artemis-program, som har til formål at returnere amerikanske astronauter til månen i de kommende år.

Sidste måned, anmeldere fastslog levedygtigheden af ​​designet til roveren og dens mission. Lydia Schweitzer, en kandidatstuderende i computerdesign, der ledede systemingeniørteamet, sagde, at den to-dages gennemgang involverede mere end 60 personer - inklusive veteraner fra Apollo-programmet og Mars rover-projektet - som gav vigtige forslag og feedback.

Schweitzer sagde, at projektet involverede et dusin fakulteter og ansatte, samt mindst 90 studerende, herunder tre semestre af tilmeldte i Whittakers projektforløb. Discipliner repræsenteret på holdet omfatter teknik, robotteknologi, computer videnskab, software Engineering, menneske-computer interaktion, arkitektur og design. Holdet har også draget fordel af et netværk af CMU-alumner med ekspertise i rumrobotik til at løse problemer og optimere roverens design.

Selvom MoonRanger tager form, Whittaker og et andet elevhold fortsætter med at forberede sig til en mission i 2021, hvor en CMU-rover på fire pund kaldet Iris og en CMU-kunstpakke kaldet MoonArk vil rejse til månen på Astrobotics Peregrine-lander.

MoonRanger byder på en række tekniske innovationer. På størrelse med en kuffert, den er designet til gentagne gange at udforske med en hastighed på 1, 000 meter pr. Jordens dag under både solbeskinnede og mørke forhold - en hidtil uset hastighed for en planetarisk rover. Derimod en kinesisk robot nu på den anden side af månen har i gennemsnit haft mindre end en meter pr. Jordens dag.

I modsætning til andre rovere, MoonRanger bærer ikke isotopvarme, så dets batteri og elektronik vil svigte, når natten falder på og kryogene temperaturer sætter ind. Derfor robotten skal udføre sin mission på mindre end de 14 solbeskinnede jorddage i månemåneden. Den er også let og kan ikke bære en stor radio til at kommunikere direkte med Jorden. Den skal således tilbage til landeren, hvormed den vil etablere trådløs kommunikation over kort afstand, så landerens radio kan videresende robottens fund til Jorden.

"MoonRanger kommer til at være alene i lange perioder, " sagde David Wettergreen, forskningsprofessor i robotteknologi og medforsker for roverprojektet, bemærker, at roveren vil være ude af kontakt med controllere på Jorden, mens den udfører sine udforskninger

Missionen var oprindeligt designet til at demonstrere roverens formåen. Men NASA udvidede det i foråret til at omfatte søgningen efter is ved at tilføje sit neutronspektrometersystem (NSS) til MoonRanger. NSS, udviklet af NASA Ames Research Center, måler mængden af ​​brint i det øverste lag af månens jord, kaldet regolith. Brintoverflod er korreleret med koncentrationen af ​​nedgravet vandis. NSS vil være med på turen, "tikker som en geigertæller", når roveren passerer over begravet is, derefter bliver stille i knogletørre områder, sagde Whittaker.

Roverens solpanel er orienteret lodret for at fange de lave solvinkler, der opleves ved polen. Den lave sol betyder også, at kratere og dyk kaster dybt, kulsorte skygger. Roveren, derfor, bliver nødt til at fornemme og navigere gennem mørket – endnu en først. Da LIDAR-sensorer, der almindeligvis bruges af jordrobotter, endnu ikke er tilgængelige for små rumfartsrovere, MoonRanger opnår nattesyn ved at projicere laserlinjestriber foran sig for at modellere det mørke terræn, meget som stereokameraer gør i sollys.

Når den først lander på månen, MoonRanger vil evaluere sin kørsel, navigations- og kortlægningsmuligheder i korte udflugter nær landeren. Den vil derefter forsøge en række fjerne ture for at søge is.

"Hvis vi kunne tage en tur på én kilometer, vi ville blive meget glade, " sagde Wettergreen. "Hvis vi kunne gøre det to gange, det ville være fantastisk."

Usikkerhed er uundgåelig for en så ambitiøs mission som MoonRanger, sagde Whittaker.

"I lyset af det, der er kun spørgsmålet om man skal gøre det alligevel " tilføjede han. "Dette har alle formålets elementer, teknologi, udforskning, videnskab og opfyldelse af vision. Disse efterlader ingen tvivl om at gå til det og give det hele."