När vi vågar oss fram till månen och etablerar en varaktig månnärvaro, att hitta och förstå vatten på månens yta blir allt viktigare. Månens vatten är till stor del i form av, men inte nödvändigtvis begränsat till, vatten is. Astronauter på månen skulle kunna använda denna is för olika besättningsbehov, potentiellt inklusive raketbränsle. Lunar IceCube-uppdraget, leds av Morehead State University i Morehead, Kentucky, kommer att studera vattenfördelning och interaktion på månen. Uppdraget kommer att bära ett NASA-instrument som heter Broadband InfraRed Compact High-Resolution Exploration Spectrometer (BIRCHES) för att undersöka fördelningen av vatten och andra organiska flyktiga ämnen. NASA-forskare kommer att använda dessa data för att förstå var vattnet är på månen, dess ursprung och hur vi kan använda det.

"Lunar IceCube kommer att hjälpa till att bana väg för mänskliga uppdrag genom betydligt billigare robotuppdrag och genom att ta itu med vattendynamik på månen, sa Mark Lupisella, chef för prospekteringsforskning och utveckling. "Detta är inte bara viktigt för vetenskapen, men det kan också vara viktigt för att minska kostnaderna för mänskliga uppdrag på lång sikt."

BIRCHES-instrumentet hjälper inte bara till att kartlägga vattenfördelningen och dynamiken på månens yta, men också i exosfären - en mycket tunn atmosfärliknande volym som omger månen. Forskare är intresserade av att förstå absorptionen och frigörandet av vatten från månens regolit, vilket är jämförbart med jord på jordens yta. Genom att studera absorption och frisättning av vatten, forskare kan börja kartlägga förändringar som sker på månen. Att hitta och förstå vatten på månens yta är avgörande för att etablera en varaktig närvaro på månen.

Lunar IceCube planerar att ha en sju timmar lång elliptisk bana runt månen, där den kommer att observera månens yta under en timme av den tiden. Denna begränsade observationstid beror på BIRCHES syn på månen. Om solen tittar in i Lunar IceCubes synvinkel medan den observerar eller reser till månen, BIRCHES-instrumentet skulle skadas permanent på grund av intensiteten av solens energi på den infraröda detektorn och andra känsliga optiska komponenter i instrumentet. För att förhindra detta, teamet utvecklade en liten garageliknande dörr på instrumentet som öppnas och stängs för att skydda instrumentet.

Lunar IceCube är designad för att tillhandahålla flera platsobservationer på olika breddgrader för att ytterligare förstå vattencyklerna på månen. Dessutom, fynden från Lunar IceCube kommer att ge kompletterande mätningar till andra CubeSats som observerar månen.

"Allt vi lär oss om månen är värdefullt, sa Cliff Brambora, BIRCHES ledande ingenjör. "Månen är en slags provningsplats för teknik och utforskning, och kunskapen vi får där kommer att hjälpa oss med potentialen att etablera en varaktig närvaro på andra planeter, som Mars."

Förutom den miniatyriserade tekniken för BIRCHES-instrumentet, Lunar IceCube kommer att ha en jonframdrivningspropell, en ny teknik för CubeSats. På grund av rymdfarkostens ringa storlek, Thrustern arbetar elektriskt med hjälp av små mängder drivmedel för att ge ett litet tryck och driva rymdfarkosten längs dess väg, liknande den för fjärilsvingar.

"Interplanetär utforskning med CubeSats är möjlig genom användning av innovativa framdrivningssystem och kreativa banor, " sa Benjamin Malphrus från Morehead State University. "Jonframdrivningssystemet är en möjliggörande teknik som kommer att öppna dörren till utforskning av solsystem med små satellitplattformar, inleder en ny era av rymdutforskning."

Som en CubeSat, en miniatyriserad satellit som vanligtvis väger mindre än 397 pund, Lunar IceCube, som väger 31 pund, ger byrån ett effektivt och kostnadseffektivt sätt att studera månen. CubeSats erbjuder NASA, universitet och andra organisationer med en plattform för vetenskapliga undersökningar, teknikdemonstrationer och avancerade uppdragskoncept. BIRCHES nyttolasten är ungefär lika stor som en åtta tums papperslåda, och under utvecklingen av BIRCHES, teamet var tvungen att drastiskt miniatyrisera äldre hårdvara från ett tidigare NASA-uppdrag till ungefär en sjättedel av dess ursprungliga storlek.

Lunar IceCube är ett samarbete mellan NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland; NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien; NASA:s Katherine Johnson oberoende verifierings- och valideringscenter i Fairmont, Västra Virginia; Morehead State University (MSU); och kommersiella partners, inklusive rymdframdrivningsföretaget Busek.

BIRCHES-instrumentet genomgår för närvarande miljötester på Goddard och är planerat att levereras till MSU i augusti för integration i rymdfarkosten. Uppdraget kommer att starta som en sekundär nyttolast på Space Launch Systems (SLS) Artemis -1.

Lunar IceCube banar väg för NASA:s uppdrag till månen. Genom att särskilja vatten på och runt månens yta, forskare kommer att kunna förutsäga säsongsmässiga förändringar och bestämma möjlig användning på plats för vatten på månen. Detta kommer att vara värdefull information eftersom NASA arbetar för att etablera en varaktig månnärvaro till 2024.