NASA's Artemis-programma zal zorgen voor een duurzame aanwezigheid op de maan terwijl we ons voorbereiden om naar Mars te reizen. Om het succes van deze missies te versterken, terrestrische ingenieurs moeten astronauten voorzien van de tools die ze nodig hebben om nieuwe ontdekkingen te doen tijdens hun reizen.

Om ervoor te zorgen dat deze instrumenten zullen werken in het vacuüm van de ruimte of op de rotsachtige vlaktes van een ver hemellichaam, NASA moet ze testen in analoge omgevingen die deze instellingen nabootsen. Voorbeelden van deze omgevingen zijn thermische vacuümkamers - waar ingenieurs gereedschappen kunnen onderwerpen aan extreme temperaturen en drukken - of het Neutral Buoyancy Laboratory, een enorm zwembad in het Johnson Space Center van NASA in Houston - waar astronauten kunnen oefenen voor ruimtewandelingen op het internationale ruimtestation.

Deze testomgevingen zijn niet altijd op maat gemaakt om overeen te komen met hun tegenhangers in de ruimte. Ook ingenieurs en wetenschappers gaan met hun instrumenten het veld in, het vinden van plaatsen op aarde analoog aan gebieden van wetenschappelijk belang op het maanoppervlak of de rode planeet. Daar, ze ontdekken welke tools en methoden het beste werken voor Artemis-astronauten.

Bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, veldgeoloog en planetaire wetenschapper Kelsey Young fungeert als wetenschappelijke contactpersoon voor de groep exploratiesystemen binnen de afdeling Commercialization van de divisie Exploration ans Space Communication (ESC), Innovatie, en Synergieën (CIS) kantoor. CIS deelt de brede ervaring van Goddard op gebieden als communicatie, miniaturisatie, en softwareontwikkeling met andere NASA-centra, de overheid in het algemeen, en de particuliere sector.

"Onze wekelijkse vergaderingen zijn een belangrijk contactpunt tussen de technische en wetenschappelijke teams die werken aan ruimteverkenning bij Goddard, " zei Young. "De Goddard-gemeenschap werkt samen met andere NASA-centra en onze academische en industriële tegenhangers - om zich voor te bereiden op het bereiken van wetenschappelijke doelstellingen met hoge prioriteit tijdens het Artemis-tijdperk van maanverkenning."

Wetenschapsinstrumenten die in analoge omgevingen zijn getest, zijn onder meer spectrometers waarmee astronauten de samenstelling van maangesteenten en grond kunnen identificeren, of regoliet. Magnetometers en gravimeters meten magnetische velden en lokale zwaartekracht. Laserafstandssystemen kunnen helpen bij het maken van kaarten met een hoge resolutie van de topografie. Gronddoordringende radar kan naar interessante ondergrondse functies zoeken.

Deze instrumenten kunnen soms zwaar of omslachtig zijn, of niet ontworpen voor ruimte- of veldtoepassingen. NASA ziet testen in analoge omgevingen als een kans om ze te verkleinen en te optimaliseren, om beste praktijken te ontwikkelen voor het gebruik ervan in wetenschappelijke verkenning, en om procedures te ontwikkelen voor het gebruik van deze tools en de systemen die ze ondersteunen.

"Veel van de instrumenten die we testen zijn in de handel verkrijgbaar, " zei Young. "We bepalen het operationele gebruik van elk gereedschap en bepalen hoe astronauten hun wetenschappelijke gegevens in realtime kunnen gebruiken."

Er zijn verschillende inspanningen binnen NASA gericht op verschillende analoge omgevingen over de hele wereld. Young werkt in veel van deze omgevingen, waarvan sommige hieronder worden beschreven.

Het Goddard Instrument Field Team (GIFT) van de afdeling exploratie van het zonnestelsel, die Young co-lead, is een duurzame investering in zowel planetaire geologie als astrobiologie. GIFT test nieuwe instrumenten op verschillende locaties die planetaire oppervlakken in het zonnestelsel nabootsen, met name vulkanische omgevingen zoals die op het Grote Eiland van Hawaï. Lavabuizen zijn een gebied van bijzonder belang, omdat ze mogelijk kunnen dienen als leefgebieden of stralingsschuilplaatsen op de maan of Mars.

NASA's afstandsbediening, ter plaatse, en Synchrotron Studies for Science and Exploration (voorheen RIS4E, nu richt RISE2) zich ook op vulkanische omgevingen. STIJGEN2, gefinancierd door het Solar System Exploration Research Institute (SSERVI), wordt geleid door Stony Brook University in Long Island, New York. Ze bieden studenten de mogelijkheid om als stagiaires deel te nemen aan analoog testen. Wetenschap, Engineering, en zelfs studenten journalistiek hebben een diepgaande bijdrage geleverd aan de inspanningen als onderzoekers en documentairemakers.

Young werkt ook in het NASA Extreme Environment Mission Operations (NEEMO)-team, geleid door het Johnson Space Center van NASA. NEEMO stuurt groepen ingenieurs, wetenschappers, en astronauten op langere verblijven op Aquarius Reef Base, een onderzees onderzoeksstation geëxploiteerd door Florida International University. Voor maximaal drie weken per keer, deze aquanauten leven en werken onder water, het simuleren van ruimteverkenningsmissies en het testen van apparatuur en operationele concepten 62 voet onder het wateroppervlak in de buurt van een koraalrif.

Terwijl NASA analoog omgevingsonderzoek ontwerpt en uitvoert om de verkenning van de ruimte te bevorderen, het onderzoek heeft gevolgen die veel verder gaan dan verkenning van de ruimte.

"De metingen die we in deze extreme omgevingen doen, helpen ons niet alleen andere planetaire lichamen te begrijpen, maar kan ons ook helpen meer te weten te komen over de aarde, "zei Young. "Onze investeringen in analoge omgevingen blijken voordelen te hebben voor een breed scala aan toepassingen, waaronder technologieontwikkeling en terrestrische wetenschap."

Analoge omgevingstests leggen een sterke basis voor het Artemis-programma. Terwijl NASA zich naar de maan waagt, Mars, en verder, de tools die in deze omgevingen worden getest, zullen de instrumenten informeren die door NASA-ingenieurs voor Artemis-astronauten zijn ontwikkeld - tools die diepgaande ontdekkingen over het universum zullen doen en de grenzen van verkenning zullen verleggen.

Verbindingen tussen wetenschappers zoals Young en ingenieurs in de groep voor verkenningssystemen van CIS stellen NASA in staat om het meeste uit analoge testmogelijkheden te halen. De synergieën die ze in hun werk vinden, stellen NASA in staat meer te ontdekken en verder te verkennen. Wanneer wetenschappers en ingenieurs van NASA hun kennis en expertise delen, er is geen limiet aan wat ze kunnen bereiken.

"We zijn zo blij dat Kelsey en anderen aan dit soort instrumenten werken, ", zegt CIS Exploration Integration Manager Mark Lupisella. "Artemis-astronauten voorzien van de instrumenten die ze nodig hebben om geavanceerde wetenschap uit te voeren op het maanoppervlak en uiteindelijk zal Mars ons niet alleen helpen om specifieke belangrijke wetenschapsgebieden vooruit te helpen, maar zal ons ook helpen oplossingen te vinden voor de verkenningsuitdagingen van morgen."