Terwijl we ons naar de maan wagen en een aanhoudende maanaanwezigheid vestigen, het vinden en begrijpen van water op het maanoppervlak wordt steeds belangrijker. Maanwater is grotendeels in de vorm van, maar niet noodzakelijk beperkt tot, water ijs. Astronauten op de maan zouden dit ijs kunnen gebruiken voor verschillende bemanningsbehoeften, mogelijk inclusief raketbrandstof. De Lunar IceCube-missie, geleid door Morehead State University in Morehead, Kentucky, zal waterverdeling en interactie op de maan bestuderen. De missie zal een NASA-instrument dragen genaamd Broadband InfraRed Compact High-Resolution Exploration Spectrometer (BIRCHES) om de distributie van water en andere organische vluchtige stoffen te onderzoeken. NASA-wetenschappers zullen deze gegevens gebruiken om te begrijpen waar het water zich op de maan bevindt, waar het vandaan komt en hoe we het kunnen gebruiken.

"Lunar IceCube zal de weg vrijmaken voor menselijke missies door middel van aanzienlijk goedkopere robotmissies en door de waterdynamiek op de maan aan te pakken, " zei Mark Lupisella, exploratie onderzoek en ontwikkeling manager. "Dit is niet alleen belangrijk voor de wetenschap, maar het kan ook belangrijk zijn om de kosten van menselijke missies op de lange termijn te verlagen."

Het BIRCHES-instrument helpt niet alleen om de verdeling en dynamiek van water op het maanoppervlak in kaart te brengen, maar ook in de exosfeer - een heel dun, atmosfeerachtig volume dat de maan omgeeft. Wetenschappers zijn geïnteresseerd in het begrijpen van de opname en afgifte van water uit de regoliet van de maan, wat vergelijkbaar is met de grond op het aardoppervlak. Door de opname en afgifte van water te bestuderen, wetenschappers kunnen beginnen met het in kaart brengen van veranderingen op de maan. Het vinden en begrijpen van water op het maanoppervlak is van vitaal belang voor het vestigen van een duurzame aanwezigheid op de maan.

Lunar IceCube heeft plannen voor een zeven uur durende elliptische baan rond de maan, waar het gedurende een uur van die tijd het maanoppervlak zal observeren. Deze beperkte waarnemingstijd is te danken aan het zicht van BIRCHES op de maan. Als de zon in het gezichtspunt van de Lunar IceCube gluurt terwijl hij observeert of naar de maan reist, het BIRCHES-instrument zou permanent worden beschadigd door de intensiteit van de zonne-energie op de infrarooddetector en andere gevoelige optische componenten in het instrument. Om dit te voorkomen, het team ontwikkelde een kleine garage-achtige deur op het instrument die open en dicht gaat om het instrument te beschermen.

Lunar IceCube is ontworpen om verschillende locatieobservaties op verschillende breedtegraden te bieden voor een beter begrip van de watercycli op de maan. Aanvullend, de bevindingen van Lunar IceCube zullen aanvullende metingen leveren aan andere CubeSats die de maan observeren.

"Alles wat we leren over de maan is waardevol, " zei Cliff Brambora, BIRCHES hoofdingenieur. "De maan is een soort proeftuin voor technologie en verkenning, en de kennis die we daar opdoen, zal ons helpen met het potentieel om een ​​duurzame aanwezigheid op andere planeten te vestigen, zoals Mars."

Naast de geminiaturiseerde technologie voor het BIRCHES-instrument, Lunar IceCube zal beschikken over een ionenvoortstuwingsschroef, een nieuwe technologie voor CubeSats. Door de minuscule omvang van het ruimtevaartuig, de boegschroef werkt elektrisch met kleine hoeveelheden drijfgas om een ​​klein duwtje te geven en het ruimtevaartuig langs zijn pad te drijven, vergelijkbaar met die van vlindervleugels.

"Interplanetaire verkenning met CubeSats is mogelijk door het gebruik van innovatieve voortstuwingssystemen en creatieve trajecten, " zei Benjamin Malphrus van Morehead State University. "Het ionenvoortstuwingssysteem is een technologie die de deur opent naar verkenning van het zonnestelsel met kleine satellietplatforms, luidt een nieuw tijdperk van verkenning van de ruimte in."

Als CubeSat, een geminiaturiseerde satelliet die doorgaans minder dan 397 pond weegt, Lunar IceCube, die 31 pond weegt, biedt het bureau een efficiënte en kosteneffectieve manier om de maan te bestuderen. CubeSats bieden NASA, universiteiten en andere organisaties met een platform voor wetenschappelijk onderzoek, technologiedemonstraties en geavanceerde missieconcepten. De BIRCHES-lading is ongeveer zo groot als een 8-inch tissuedoos, en tijdens de ontwikkeling van BIRCHES, het team moest de verouderde hardware van een eerdere NASA-missie drastisch verkleinen tot ongeveer een zesde van de oorspronkelijke grootte.

Lunar IceCube is een samenwerking tussen NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland; NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië; NASA's Katherine Johnson onafhankelijke verificatie- en validatiecentrum in Fairmont, West Virginia; Morehead Staatsuniversiteit (MSU); en commerciële partners, waaronder het ruimtevaartbedrijf Busek.

Het BIRCHES-instrument ondergaat momenteel milieutests in Goddard en zal naar verwachting in augustus aan MSU worden geleverd voor integratie in het ruimtevaartuig. De missie wordt gelanceerd als een secundaire lading op de Artemis -1 van het Space Launch System (SLS).

Lunar IceCube maakt de weg vrij voor NASA's missie naar de maan. Door water op en rond het maanoppervlak te onderscheiden, wetenschappers zullen seizoensveranderingen kunnen voorspellen en mogelijk in situ gebruik voor water op de maan kunnen bepalen. Dit zal waardevolle informatie zijn, aangezien NASA werkt aan een duurzame aanwezigheid op de maan tegen 2024.