NASA:s Artemis-program kommer att etablera en hållbar närvaro på månen när vi förbereder oss för att ta oss vidare till Mars. För att stärka framgången för dessa uppdrag, terrestra ingenjörer måste förse astronauterna med de verktyg de behöver för att göra nya upptäckter på sina resor.

För att säkerställa att dessa instrument kommer att fungera i rymdens vakuum eller på de klippiga slätterna i en avlägsen himlakropp, NASA måste testa dem i analoga miljöer som efterliknar dessa inställningar. Exempel på dessa miljöer inkluderar termiska vakuumkammare – där ingenjörer kan utsätta verktyg för extrema temperaturer och tryck – eller Neutral Buoyancy Laboratory, en enorm pool vid NASA:s Johnson Space Center i Houston – där astronauter kan öva på rymdpromenader på den internationella rymdstationen.

Dessa testmiljöer är inte alltid specialbyggda för att matcha sina motsvarigheter i rymden. Ingenjörer och vetenskapsmän tar också sina instrument in på fältet, hitta platser på jorden analogt med områden av vetenskapligt intresse på månens yta eller den röda planeten. Där, de upptäcker vilka verktyg och metoder som fungerar bäst för Artemis-astronauter.

På NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, Fältgeologen och planetforskaren Kelsey Young fungerar som en vetenskapskontakt till gruppen för utforskningssystem inom projektdivisionen Exploration and Space Communication (ESC)s Commercialization, Innovation, och Synergies (CIS) kontor. CIS delar Goddards breda erfarenhet inom områden som kommunikation, miniatyrisering, och mjukvaruutveckling med andra NASA-centra, regeringen i stort, och den privata sektorn.

"Våra veckomöten är en viktig kontaktpunkt mellan ingenjörs- och vetenskapsteamen som arbetar med rymdutforskning på Goddard, " sa Young. "Goddard-gemenskapen arbetar tillsammans – tillsammans med andra NASA-centra och våra akademiska och industriella motsvarigheter – för att förbereda sig för att uppnå högprioriterade vetenskapliga mål under Artemis-eran av månutforskning."

Vetenskapsinstrument som testats i analoga miljöer inkluderar spektrometrar som gör det möjligt för astronauter att identifiera sammansättningen av månstenar och jord, eller regolit. Magnetometrar och gravimetrar mäter magnetfält och lokal gravitation. Laseravståndssystem kan hjälpa till att producera högupplösta kartor över topografin. Markpenetrerande radar kan söka efter intressanta underjordiska funktioner.

Dessa instrument kan ibland vara tunga eller besvärliga, eller inte designad för rymd- eller fälttillämpningar. NASA tar tester i analoga miljöer som en möjlighet att miniatyrisera och optimera dem, att utveckla bästa praxis för att använda dem i vetenskaplig utforskning, och att utveckla rutiner för att använda dessa verktyg och de system som stöder dem.

"Många av instrumenten vi testar är kommersiellt tillgängliga, ", sa Young. "Vi bestämmer den operativa användningen för varje verktyg och bestämmer hur astronauter kan använda sina vetenskapliga data i realtid."

Det finns flera insatser över hela NASA med fokus på olika analoga miljöer över hela världen. Young arbetar i många av dessa miljöer, varav några beskrivs nedan.

Solar System Exploration Divisions Goddard Instrument Field Team (GIFT), som Young leder, är en uthållig investering i både planetgeologi och astrobiologi. GIFT testar nya instrument på en mängd olika platser som efterliknar planetarytor över solsystemet, särskilt vulkaniska miljöer som de på Big Island of Hawaii. Lavarör är ett område av särskilt intresse, eftersom de potentiellt skulle kunna fungera som livsmiljöer eller strålningsskydd på månen eller Mars.

NASAs fjärrkontroll, På plats, och Synchrotron Studies for Science and Exploration (tidigare RIS4E, nu RISE2) fokuserar också på vulkaniska miljöer. RISE2, finansierat av Solar System Exploration Research Institute (SSERVI), leds av Stony Brook University på Long Island, New York. De ger eleverna möjligheter att engagera sig i analoga tester som praktikanter. Vetenskap, teknik, och även journaliststudenter har gjort djupgående bidrag till insatsen som utredare och dokumentärer.

Young arbetar också i NASA Extreme Environment Mission Operations (NEEMO) team, ledd av NASA:s Johnson Space Center. NEEMO skickar grupper av ingenjörer, vetenskapsmän, och astronauter på längre vistelser till Aquarius Reef Base, en undervattensforskningsstation som drivs av Florida International University. Upp till tre veckor åt gången, dessa akvanauter lever och arbetar under vattnet, simulerar rymdutforskningsuppdrag och testar utrustning och operativa koncept 62 fot under vattenytan nära ett korallrev.

Medan NASA designar och utför analog miljöforskning för att främja rymdutforskning, forskningen har effekter långt utöver rymdutforskning.

"Mätningarna vi gör i dessa extrema miljöer hjälper oss inte bara att förstå andra planetariska kroppar, men kan också hjälpa oss att lära oss om jorden, ", sa Young. "Våra investeringar i analoga miljöer visar sig ha fördelar för en mängd olika tillämpningar, inklusive teknikutveckling och markvetenskap."

Analog miljötestning lägger en stark grund för Artemis-programmet. När NASA beger sig till månen, Mars, och vidare, De verktyg som testas i dessa miljöer kommer att informera instrumenten som utvecklats av NASA-ingenjörer för Artemis-astronauter – verktyg som kommer att göra djupgående upptäckter om universum och tänja på gränserna för utforskning.

Samband mellan forskare som Young och ingenjörer i CIS:s grupp för utforskningssystem gör att NASA kan få ut det mesta av analoga testmöjligheter. Synergierna de finner i sitt arbete gör att NASA kan upptäcka mer och utforska vidare. När NASA-forskare och ingenjörer delar med sig av sin kunskap och expertis, det finns inga gränser för vad de kan åstadkomma.

"Vi är så glada över att ha Kelsey och andra som arbetar med den här typen av instrument, " sa CIS Exploration Integration Manager Mark Lupisella. "Att förse Artemis-astronauterna med de instrument de behöver för att utföra avancerad vetenskap på månens yta och så småningom kommer Mars inte bara att hjälpa oss att utveckla specifika nyckelområden inom vetenskapen, men kommer också att hjälpa oss att hitta lösningar på morgondagens prospekteringsutmaningar."