Neue NASA-Mondkarten helfen Entwicklern bei der Planung eines Mond-Roadtrips für die Artemis-Mission von VIPER

Animation von NASAs Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) auf der Mondoberfläche. Bildnachweis: NASA Ames / Daniel Rutter

Wie jeder erfahrene Straßenreisende weiß, hilft eine gute Karte dabei, das Beste aus einem Abenteuer herauszuholen. Es unterscheidet sich nicht vom ersten Robotermond der NASA, der Ende 2023 zum Mond gebracht werden soll, um auf und unter der Mondoberfläche nach Eis und anderen Ressourcen zu suchen. Der Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, kurz VIPER, ist Teil des Artemis-Programms der Agentur. Ohne einen Reiseführer für Moon erstellen die Missionsplaner von VIPER neue hochauflösende, digitale Oberflächenkarten.

Wenn er mit diesen Karten ausgestattet ist, kann er den Mond besser sicher und effizient überqueren, während er auf dem Mondsüdpol nach Ressourcen sucht. Eis ist eine Quelle von besonderem wissenschaftlichem Interesse, da es im Weltraum Anwendung finden kann und in andere Ressourcen umgewandelt wird, um unsere Erforschung des Sonnensystems voranzutreiben, wie Sauerstoff und Raketentreibstoff.

Im Maßstab von etwa einem Meter stellen diese Karten ein 3D-Modell großer Teile des Geländes am Mondsüdpol dar und zeigen die wechselnden Licht- und Temperaturverhältnisse, die durch lange Schatten, die über die Landschaft streichen, entstehen.

Abbildung: NASAs Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) auf der Mondoberfläche. Bildnachweis: NASA Ames / Daniel Rutter

Neben der Tatsache, dass der Rover nicht an den Rändern steiler Krater kippt, liefert dieser genauere Blick auf die Mondoberflächen-Missionsplaner wichtige Informationen, damit die Querbatterien auf der Sonne geladen bleiben und den Räuber zu sicheren Schlafplätzen führen während der Kommunikation. Finsternisse mit missionarischen Operationen auf der Erde.

„Wir schicken VIPER in eine der dynamischsten Umgebungen des Mondes, und der Rover muss in der Lage sein, das aufzunehmen, was der Mond gibt“, sagte Anthony Colaprete, Projektwissenschaftler von VIPER am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley in Kalifornien. „Deshalb erstellen wir diese einzigartigen Karten – im menschlichen Maßstab – um uns dabei zu helfen, Routen für den Rover sorgfältig zu planen, während wir sicher arbeiten und die bestmögliche Wissenschaft sammeln.“

Die Karten zeigen bereits neue Merkmale von wissenschaftlichem Interesse auf der Mondoberfläche, darunter zahlreiche „Mini-Kühlfallen“ – die sich im Schatten der Mondoberfläche von 2 bis 5 Metern befinden – die kalt genug für Eis sein können eventuell zu sammeln. Diese Mikrokühlfallen bieten zusätzlich zu den viel tieferen und älteren Kratern, die im Mittelpunkt der VIPER-Mission stehen, Gebiete zum Erkunden.

Ein spektakulärer schräger Blick auf den Rand des Shackleton-Kraters in der Nähe des Südpols des Mondes. Der Krater hat einen Durchmesser von etwa 21 Kilometern. Obwohl kein Ort auf dem Mond durchgehend beleuchtet bleibt, bleiben drei Punkte am Rand gemeinsam mehr als 90 Prozent des Jahres beleuchtet. Diese Punkte sind von topografischen Vertiefungen umgeben, die niemals Sonnenlicht erhalten, wodurch Kühlfallen entstehen, die Eis fangen können. Die Engwinkelkamera an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA hat dieses Foto am 1. August 2006 aufgenommen. Bildnachweis: NASA / GSFC / Arizona State University

„Früher dachten wir daran, dass sich Wassereis nur in tiefen, dunklen Kratern auf dem Mond sammelt“, sagte Colaprete. „Aber wir glauben jetzt, dass selbst kleine, schattige Krater kalt genug sein können, um Wassermoleküle zurückzuhalten. Diese kleinen kalten Falken sind viel häufiger als ihre größeren Gegenstücke. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie es Wasser speichern kann, um die allgemeinere Frage zu beantworten, wie Wasser auf dem Mond wirkt. ”

Um die Postkarten zu erstellen, verwendet ein Ames-Team das Open-Source-Softwaretool Stereo Pipeline der NASA sowie die Rechenleistung des Supercomputers Pleiades von Ames, um Tausende von Kameras aufzunehmen, die von Kameras an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter aufgenommen wurden, die zu niedrig waren.

Ingenieure kombinieren diese leistungsstarken Werkzeuge und Fachkenntnisse mit einer Fotoverarbeitungsfunktion namens Fotoklinometrie. Diese Technik, auch als „Schattenform“ bekannt, kombiniert die bekannten Sonnenwinkel mit den Graustufenebenen vieler zweidimensionaler Bilder, um die dreidimensionalen Formen der Mondoberfläche abzuleiten. Mit dem resultierenden Modell des Mondgeländes können Ingenieure berechnen, wie sich Licht und Schatten zu jedem Zeitpunkt in der Vergangenheit oder in der Zukunft abspielen. Mithilfe des Modells können sie beispielsweise die Beleuchtung zum Zeitpunkt und am Standort des Rover-Landes vorhersagen und die Bewegungen des Rovers planen, um ihn im Sonnenlicht zu halten und Schatten zu vermeiden.

Abbildung: NASAs Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) auf der Mondoberfläche. Bildnachweis: NASA Ames / Daniel Rutter

Mit den bekannten Lichtverhältnissen kann das Team detaillierte Temperaturkarten an den verschiedenen Standorten, an der Oberfläche und bis zu etwas mehr als 2,5 Metern (2,5 Fuß) darunter erstellen. Die Temperaturen können weit zwischen 400 Grad unter Null und 170 Grad Fahrenheit liegen, was die Mondoberfläche zu einer Scheibe potenziell vielversprechender und höchst unwahrscheinlicher Orte macht, um Eis zu entdecken. Ausgestattet mit diesen neuen Karten kann das Team Orte auswählen, an denen Eis sein kann, und VIPER senden, um zu sehen, ob Eis auftaucht und wenn ja, wie stabil es unter verschiedenen Mondbedingungen ist.

„Diese hochauflösenden Karten haben unser Denken komplett verändert“, sagte Kimberly Ennico Smith, stellvertretende Projektwissenschaftlerin für VIPER bei Ames. „Wir beginnen zu sehen, wie außerordentlich unterschiedlich die Bodenbedingungen auf dem Mond sind, selbst in Gebieten, die wir früher als ziemlich einheitlich betrachteten. Dadurch können wir die Bohrlöcher viel genauer bestimmen und noch bessere wissenschaftliche Daten erheben. ”

Die VIPER-Teammitglieder, die für das Brummen des Rovers verantwortlich sind, sind sehr daran interessiert zu sehen, wofür der Rover täglich steht – oder besser gesagt Minute für Minute.

„Schatten bewegen sich ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Rover auf dem Südpol des Mondes“, sagte Mark Shirley, der Leiter der Mission in Ames. „Wir müssen im Voraus planen, um zu verhindern, dass VIPER von der Dunkelheit überholt wird – da ist nicht viel Platz für Fehler.“