Senast 2024, NASA kommer att landa astronauter, inklusive den första kvinnan och nästa man, på månen som en del av Artemis månutforskningsprogram. Detta kommer dock inte att vara första gången NASA tar namnet Artemis till månen. Två robotfarkoster som kretsar runt månen idag var från början kända som ARTEMIS – en förkortning för acceleration, Återanslutning, Turbulens och elektrodynamik i månens interaktion med solen. Sedan 2011, dessa rymdskepp har skickat forskare värdefull information om månmiljön, och lägga grunden som är avgörande för att återvända människor till månen.

Uppdraget, nu bytt namn till THEMIS-ARTEMIS, använder rymdfarkoster som ursprungligen var en del av uppdraget känt som Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms, eller THEMIS, för korta, som lanserade fem rymdfarkoster 2007 för att upptäcka de fysiska processer som inträffade under händelserna som orsakade norrsken.

"THEMIS-ARTEMIS har varit en sökväg för teknologier som kommer att vara viktiga för NASA:s nya Artemis-program, sa Jasper Halekas, THEMIS-ARTEMIS forskare och forskare vid University of Iowa i Iowa City. "En del av det arbete vi har gjort när det gäller navigering och operationer kommer att användas av framtida uppdrag."

Ett uppdrag i två

De fem THEMIS-rymdfarkosterna skickades in i noggrant designade banor som förde dem i linje var fjärde dag. Efter två produktiva år av upptäckter om strålning och partiklar i den nära jordens miljö, rymdfarkosternas banor hade avsevärt föregått, eller drev. Orbitprecession är ett naturligt och förväntat fenomen för rymdfarkoster som vanligtvis inte påverkar vetenskapliga studier. Men när det gäller THEMIS, det betydde att rymdskeppet inte längre skulle passa var fjärde dag.

Att veta att banorna så småningom skulle precess, THEMIS-forskarna, i en gemensam ansträngning koordinerad genom NASA och Space Sciences Lab vid University of California, Berkeley, beslutade i förväg att göra något nytt med två av rymdfarkosterna. Istället för att spendera det återstående bränslet för att återställa banorna, de skulle skicka iväg dem i en radikalt ny riktning – till månen.

"NASA:s Jet Propulsion Laboratory och Goddard Space Flight Center gjorde en underbar design för omloppsnavigering åt oss och kom fram till dessa mycket smarta banor som gjorde att vi kunde ta oss till månen, sade Halekas. Och vi är fortfarande där.

Således, THEMIS-ARTEMIS-uppdraget föddes. Uppdragets akronym skapades för att spegla dess vetenskap och position vid månen, sedan i grekisk mytologi, Artemis var månens gudinna. Artemis var också tvilling till Apollo. NASA-administratören Jim Bridenstine döpte nyligen det nya månprogrammet till Artemis av dessa skäl, plus det faktum att byrån kommer att skicka den första kvinnan till månen som en del av programmet.

"THEMIS-ARTEMIS är NASA:s enda långtidsövervakning av förhållandena i och runt månmiljön, sa David Sibeck, THEMIS-projektforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Rymdskepp återfödd

Med samma instrument som den använde för att leta efter händelser runt jorden, det nya uppdraget använder de två rymdfarkosterna för att lära sig om hur månen interagerar med rymden runt den.

"Innan THEMIS-ARTEMIS var på månen, de flesta hade idén att månen bara var en stor sten på himlen och att den inte interagerade mycket med sin miljö, " Sa Halekas. "Förståelsen som vi har byggt upp under de senaste åtta åren är att månen verkligen är ansluten till rymdmiljön runt den. Rymdmiljön påverkar månen och vice versa."

Under årens lopp har forskare gjort upptäckter om solvinden och dess inverkan på månens yta, interplanetära elektromagnetiska fält, strukturen av månens inre, och partiklarna i den tunna månatmosfären och jonosfären.

Arbetar tillsammans

Förutom att främja vår förståelse av månen, de mätningar THEMIS-ARTEMIS har gjort kommer att vara användbara för kommande uppdrag, inklusive Artemis-programmet.

"När vi designar robotsystem och system för människor på månen, vi måste förstå villkoren de kommer att utsättas för, " Sa Halekas. "Mätningarna från THEMIS-ARTEMIS har hjälpt oss att hitta vad dessa förhållanden är och hur de förändras med tiden."

THEMIS-ARTEMIS skulle kunna tillhandahålla realtidsmätningar av högenergiska partiklar som kan vara farliga för rymdfarkoster och astronauter. Det kommer också att ge värdefull information för instrument placerade på månens yta. Precis som en vädersatellit kan ge information om inkommande stormar, THEMIS-ARTEMIS kan ge information om rymdmiljön för att hjälpa till att kontextualisera upptäckter som gjorts på ytan.

"THEMIS-ARTEMIS skulle vara en naturlig partner för alla heliofysiska uppdrag som skickas till månen antingen på en rymdfarkost eller på månens yta, " Sa Sibeck. "Båda rymdfarkosterna fungerar bra, tar sina fullständiga uppsättningar mätningar, och kan pågå under en mycket, mycket lång tid i den miljön."

Som en del av initiativet Commercial Lunar Payload Services under Artemis-programmet, NASA kommer att skicka en uppsättning nya instrument och teknikdemonstrationer för att studera månen inför en mänsklig återkomst. De två första månleveranserna på kommersiella landare är avsedda att lanseras i juli 2021. Även om många av dessa undersökningar fokuserar på månvetenskap, några går tillbaka till THEMIS rötter i vetenskapen om heliofysik, studiet av solens interaktion med solsystemet. Lunar Surface Electromagnetics Experiment, eller LUSEE-instrument, kommer att titta på elektromagnetiska fenomen på månens yta. Heliosfärisk röntgenbildapparat för månmiljön, eller LEXI instrument, kommer att plantera ett teleskop på månen för att studera jordens magnetosfär och dess interaktion med solvinden.

Under de kommande åren, THEMIS-ARTEMIS, som byråns Lunar Reconnaissance Orbiter, kommer att fortsätta att ge värdefull information till NASA när förberedelserna fortsätter för att skicka astronauter framåt till månen, och slutligen vidare till Mars.