Arizona State University (ASU) ontwikkelt een kleine satelliet die waterstof in maankraters zal doorzoeken met als uiteindelijk doel de meest gedetailleerde kaart van de waterafzettingen van de maan te maken. Het ruimtevaartuig, genaamd Lunar Polar Hydrogen Mapper (LunaH-Map), zal naar verwachting nieuw licht werpen op de diepte en verdeling van waterijs op de maan.

LunaH-Map is een zesdelige CubeSat met afmetingen van 3,9 × 7,9 × 11,8 inch (10 × 20 × 30 centimeter) en een massa van ongeveer 30 lbs. (14 kilo). De lancering van de satelliet ter grootte van een schoenendoos is gepland voor september 2018 als onderdeel van NASA's Exploration Mission 1 (EM-1) die een onbemand Orion-ruimtevaartuig op een reis rond de maan zal sturen. De CubeSat wordt in een zeer elliptische, lage perilune (3,1 tot 6,2 mijl, of 5 tot 10 kilometer) baan gecentreerd rond de zuidpool van de maan.

De orbiter zal ongeveer 60 dagen besteden aan onderzoek, het voltooien van 141 wetenschappelijke banen. Hoewel LunaH-Map kleiner is dan typische NASA-missies en goedkoper is dan eerdere sondes die naar de maan zijn gestuurd, de verwachtingen zijn erg hoog voor dit door de universiteit gebouwde ruimtevaartuig.

"LunaH-Map heeft het potentieel om kaarten met hoge resolutie van neutronentellingen over de zuidpool van de maan te retourneren, het onthullen van significante verrijkingen in waterijs in permanent beschaduwde gebieden. Deze kaarten kunnen worden gebruikt om de bronnen en putten voor vluchtige stoffen in ons zonnestelsel beter te begrijpen, evenals voor het bepalen van toekomstige landingslocaties voor rovers of zelfs mensen, " Craig Hardgrove, LunaH-Map Principal Investigator bij ASU's School of Earth and Space Exploration vertelde Astrowatch.net.

Om waterafzettingen op de maan met succes in kaart te brengen, LunaH-Map zal zijn twee identieke neutronenspectrometers gebruiken, bestaande uit een reeks van acht elpasoliet (Cs ₂ YLiCl ₆ :Ce of CLYC) scintillatoren elk. Eén array is ongeveer twee centimeter dik en heeft een volume van ongeveer 100 vierkante centimeter.

De spectrometers zullen de verdeling van waterstof in kaart brengen op een ruimtelijke schaal gelijk aan ongeveer anderhalf keer de orbitale hoogte. De instrumenten zullen waterstof in kaart brengen binnen permanent beschaduwde kraters om de ruimtelijke verdeling ervan te bepalen; waterstofdistributies met een maximale diepte van één meter in kaart brengen en de distributie ervan in andere permanent beschaduwde regio's op de Zuidpool in kaart brengen. In resultaat, LunaH-Map zou kaarten moeten produceren van nabij het oppervlak waterstof op ongekende ruimtelijke schalen van ongeveer 7,5 kilometer/pixel.

"Neutronenspectrometers zoeken naar uitputtingen in de hoeveelheid hoogenergetische neutronen die uit het maanoppervlak lekken en gebruiken dat als een indicatie voor hoeveel waterstof en dus waterijs er in de maanregoliet kan zitten. De detector gebruikt een reeks scintillatorkristallen die een kleine lichtflits wanneer ze worden geraakt door een neutron. De energie die bij elke lichtflits hoort, wordt geteld in de detectorelektronica en kan worden gebruikt om een ​​kaart te maken van de neutronentellingssnelheden over het maanoppervlak, ' zei Hardgrove.

Gezien het feit dat waterijs verrijkt is aan de polen van de maan, vooral binnen gebieden die permanent in de schaduw staan, LunaH-Map zal meerdere keren over verschillende van deze regio's vliegen vanaf een zeer lage hoogte. Het zal neutronentellingen verwerven die kunnen worden gerelateerd aan de overvloed aan waterstof in de bovenste meter van het maanoppervlak. Door de lage hoogte (minder dan 10 kilometer boven het oppervlak) kan het ruimtevaartuig de kaarten van permanent beschaduwde gebieden verbeteren door gebieden binnen hen te "zien" die aanzienlijk zijn verrijkt met waterstof.

Het missieteam overweegt de mogelijkheid om het LunaH-Map-ruimtevaartuig uit te rusten met een kleine kleurencamera. Echter, zo'n kleurenbeeldvormingsinstrument is niet nodig voor de primaire wetenschappelijke missie van de sonde, daarom kon de sterrenvolger van LunaH-Map worden gebruikt als een zwart-witcamera.

Naast het doen van wetenschappelijk onderzoek, LunaH-Map will also demonstrate several new technologies that could be very useful in future CubeSat deep space missions. It is a highly efficient propulsion system that produces very low thrust which over time can change the spacecraft velocity sufficiently, allowing the spacecraft to achieve lunar orbit. In addition to the ion propulsion system, LunaH-Map will test a new deep-space radio for CubeSats, new solar arrays that provide higher power, a new flight computer and attitude control system, and a new science instrument.

"The demonstrated success of any one of these technologies will be a fantastic achievement for deep space CubeSats, " Hardgrove said.

He also underlined the importance of this mission for ASU. Although LunaH-Map is not the first planetary science mission for which ASU has provided instrumentation or science expertise, LunaH-Map is the first full planetary science mission to be led by ASU and the School of Earth and Exploration.

"The School of Earth and Space Exploration brings together scientists and engineers across multiple disciplines, and the selection of LunaH-Map, and more recently Psyche and Lucy, demonstrate that NASA is interested in supporting this model of ground-up, interdisciplinary, development of planetary science missions. The success of all these missions will not only enhance our knowledge of the solar system, but hopefully provide inspiration to Arizona students and excellent opportunities to engage ASU students, faculty and staff in missions of exploration across multiple disciplines, " Hardgrove concluded.

On its way towards the launch in September 2018, LunaH-Map has already passed a Preliminary Design Review in August 2016 and is scheduled for a Critical Design Review in May 2017.