MaanRanger, een kleine robotrover die wordt ontwikkeld door Carnegie Mellon University en zijn spin-off Astrobotic, heeft zijn voorlopige ontwerpbeoordeling voltooid ter voorbereiding op een missie in 2022 om te zoeken naar tekenen van water op de zuidpool van de maan.

Of begraven ijs in bruikbare hoeveelheden bestaat, is een van de meest prangende vragen bij verkenning van de maan. en MoonRanger zal de eerste zijn om het bewijs ervan op de grond te zoeken. Indien gevonden in voldoende concentratie op toegankelijke locaties, ijs is misschien wel de meest waardevolle hulpbron in het zonnestelsel, zei William "Rode" Whittaker, Universitair oprichters onderzoekshoogleraar in het Robotics Institute.

"Water is de sleutel tot menselijke aanwezigheid op en gebruik van de maan, " legde Whittaker uit, die de ontwikkeling van MoonRanger leidt. "Ruimtebureaus over de hele wereld zijn van plan het te onderzoeken."

Whittaker en zijn team benaderden NASA voor het eerst over het gebruik van robots om naar maanijs te zoeken in 1996, en ze zullen die visie een kwart eeuw later vervullen door in 2022 te landen.

"Dit is niet snel of gemakkelijk geweest, "Zei Whittaker. "Het is verbluffend dat we na deze vele jaren de eerste blik zullen hebben."

NASA zal MoonRanger op een later tijdstip volgen met zijn meer capabele Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), die een meer rigoureuze en duurzame exploratie en wetenschappelijke karakterisering van het ijs zal uitvoeren.

De lander van MoonRanger wordt de XL-1 van Masten Space Systems, ondersteund door het NASA Commercial Lunar Payload Services-programma. De rover zal een van de acht wetenschappelijke en technologische payloads zijn, die worden ondersteund door het NASA Lunar Surface Instrument and Technology Payloads-programma.

Het ruimteagentschap zei dat de ladingen zijn Artemis-programma ondersteunen, die de komende jaren Amerikaanse astronauten naar de maan wil terugbrengen.

Vorige maand, recensenten bepaalden de levensvatbaarheid van het ontwerp voor de rover en zijn missie. Lydia Schweitzer, een masterstudent in computationeel ontwerp die het team voor systeemengineering leidde, zei dat bij de tweedaagse beoordeling meer dan 60 mensen betrokken waren, waaronder veteranen van het Apollo-programma en het Mars rover-project, die belangrijke suggesties en feedback gaven.

Schweitzer zei dat bij het project een dozijn docenten en medewerkers betrokken waren, evenals ten minste 90 studenten, inclusief drie semesters van ingeschrevenen in de projectcursus van Whittaker. Disciplines vertegenwoordigd in het team omvatten engineering, robotica, computertechnologie, software-engineering, menselijke computerinteractie, architectuur en vormgeving. Het team heeft ook gebruik gemaakt van een netwerk van CMU-alumni met expertise in ruimterobotica om problemen op te lossen en het ontwerp van de rover te optimaliseren.

Zelfs als MoonRanger vorm krijgt, Whittaker en een ander studententeam blijven zich voorbereiden op een missie in 2021 waarin een vier-pond CMU-rover genaamd Iris en een CMU-kunstpakket genaamd MoonArk naar de maan zullen reizen op de Peregrine-lander van Astrobotic.

MoonRanger beschikt over een aantal technische innovaties. Ongeveer zo groot als een koffer, het is ontworpen om herhaaldelijk te verkennen met een snelheid van 1, 000 meter per aardse dag in zowel zonverlichte als donkere omstandigheden - ongekende snelheid voor een planetaire rover. Daarentegen, een Chinese robot die nu aan de andere kant van de maan staat, heeft gemiddeld minder dan een meter per aardse dag.

In tegenstelling tot andere rovers, MoonRanger heeft geen isotopenverwarming, dus de batterij en elektronica zullen het begeven als de nacht valt en de cryogene temperaturen beginnen. de robot moet zijn missie volbrengen in minder dan 14 zonovergoten aardse dagen van de maanmaand. Het is ook licht en kan geen grote radio dragen om rechtstreeks met de aarde te communiceren. Het moet dus terugkeren naar de lander, waarmee het draadloze communicatie op korte afstand tot stand zal brengen, zodat de radio van de lander de bevindingen van de robot naar de aarde kan doorgeven.

"MoonRanger zal voor lange tijd alleen zijn, " zei David Wettergreen, onderzoekshoogleraar robotica en mede-onderzoeker voor het rover-project, opmerkend dat de rover geen contact zal hebben met controllers op aarde terwijl hij zijn verkenningen doet

De missie was oorspronkelijk ontworpen om het vermogen van de rover te demonstreren. Maar NASA breidde het dit voorjaar uit met het zoeken naar ijs door zijn Neutron Spectrometer System (NSS) toe te voegen aan MoonRanger. de NS, ontwikkeld door NASA Ames Research Center, meet de hoeveelheid waterstof in de bovenste laag van de maanbodem, regoliet genoemd. Waterstof overvloed is gecorreleerd met de concentratie van begraven waterijs. De NSS rijdt mee, "tikkend als een geigerteller" wanneer de rover over begraven ijs gaat, dan zwijgen in kurkdroge gebieden, zei Whittaker.

Het zonnepaneel van de rover is verticaal georiënteerd om de lage zonnehoeken op de paal vast te leggen. De laagstaande zon betekent ook dat kraters en dalen diep werpen, pikzwarte schaduwen. de rover, daarom, zal duisternis moeten voelen en navigeren - nog een primeur. Aangezien LIDAR-sensoren die gewoonlijk door aardrobots worden gebruikt, nog niet beschikbaar zijn voor kleine ruimterovers, MoonRanger bereikt nachtzicht door laserlijnstrepen ervoor te projecteren om het donkere terrein te modelleren, net zoals stereocamera's dat doen in zonlicht.

Zodra het op de maan landt, MoonRanger zal het rijden evalueren, navigatie- en kaartmogelijkheden in korte uitstapjes in de buurt van de lander. Het zal dan een reeks verre tochten proberen om ijs te zoeken.

"Als we een tocht van een kilometer zouden kunnen maken, we zouden heel blij zijn, "Wettergreen zei. "Als we het twee keer konden doen, dat zou geweldig zijn."

Onzekerheid is onontkoombaar voor een missie zo ambitieus als MoonRanger, zei Whittaker.

"Tegenover dat, het is alleen de vraag of je het toch moet doen, "voegde hij eraan toe. "Dit heeft alle elementen van een doel, technologie, verkenning, wetenschap en vervulling van visie. Deze laten er geen twijfel over bestaan ​​ervoor te gaan en alles te geven."