Введение
Исследование Луны вновь становится актуальным благодаря усилиям NASA и международных партнеров, которые стремятся обнаружить лед на её поверхности. Это исследование станет ключевым шагом для будущей человеческой колонизации Луны, а также откроет новые горизонты в нашей научной деятельности.
Совместная миссия по поиску воды
NASA сотрудничает с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) и Индийской организацией космических исследований (ISRO) в рамках миссии Lunar Polar Exploration (LUPEX). В рамках этой миссии NASA предоставит инструмент для обнаружения воды — Систему нейтронного спектрометра (NSS). Этот прибор будет установлен на лунном ровер, который ожидается на Луне не раньше 2028 года.
Зачем нужна лунная вода?
Вода на Луне играет важную роль в планах NASA по созданию постоянного присутствия на спутнике Земли. Вместо того чтобы полагаться исключительно на ресурсы, доставляемые с Земли, астронавты смогут использовать лунную воду для получения дыхательной атмосферы, ракетного топлива и других жизненно необходимых материалов. Первая задача заключается в обнаружении значительных запасов воды, находящихся близко к поверхности, чтобы обозначить потенциальные места для приземления будущих экспедиций.
Структура лунного льда
На Луне вода в основном представлена молекулами, входящими в состав лунного реголита — пылеобразного и каменистого материала, покрывающего её поверхность. Однако, согласно исследованию, под поверхностью Южного полюса Луны могут находиться ледяные отложения. Понимание количества и качества доступных ресурсов позволит нам разработать методы их использования для исследований.
Как нейтроны сигнализируют о воде
Система нейтронного спектрометра NASA будет искать следы водяного льда на поверхности Луны, не прибегая к бурению. Вместо этого учёные будут искать концентрации водорода, который является частью молекулы воды H₂O. Прошлые миссии в орбите Луны уже обнаруживали следы воды на полюсах, но наземные миссии необходимы для создания детализированных карт расположения и объема.
Приборы, такие как NSS, могут предполагать наличие водорода, обнаруживая взаимодействия с частицами, называемыми нейтронами. Нейтроны постоянно движутся в лунном грунте и имеют аналогичный размер с атомами водорода. Когда эти два типа частиц взаимодействуют, в грунте выделяется меньше среднеэнергетических нейтронов. Это отсутствие нейтронов указывает на то, что больше частиц взаимодействуют с водородом под землёй.
Технологии NSS
NSS использует «газовый пропорциональный счетчик» для обнаружения нейтронов, выбивающихся из лунного грунта. Он состоит из двух трубок, содержащих редкий газ гелий-3, который очень чувствителен к нейтронам. Когда нейтроны сталкиваются с атомами гелия-3, газ производит электрические импульсы, которые могут быть подсчитаны для оценки наличия и количества водорода на глубине до трех футов.
Будущие миссии и перспективы исследований
Оngoing research into lunar water will shape the future access methods for astronauts. NASA has developed a series of NSS instruments for deployment in different missions to the Moon’s South Pole. The first NSS instrument was carried aboard Astrobotic’s Peregrine lander, launched in January 2024. Although this mission did not land on the Moon, the NSS operated successfully and gathered valuable data.
NASA’s upcoming VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) mission, part of the Artemis program, will also carry an NSS. Additionally, a fourth NSS instrument will be included in the MoonRanger micro-rover developed by Carnegie Mellon University.
“The three upcoming NSS rover expeditions will tell us what kinds of places on the Moon are most likely to host ice,” said Rick Elphic, lead of the NSS project at NASA’s Ames Research Center.
Заключение
Совместные усилия NASA, JAXA и ISRO в исследовании лунного льда открывают новые возможности для будущей колонизации Луны. Понимание распределения водяного льда на Луне не только поможет в осуществлении планов по созданию устойчивого присутствия человека на Луне, но и расширит наши знания о ресурсах, доступных для использования в дальнейших космических исследованиях.
