Devátý z deseti CubeSatů, který poletí jako sekundární náklad mise Artemis má před sebou velký úkol. Není jen technologickým demonstrátorem, ale také očekávanou vědeckou misí, která nám má pomoci objasnit, kde a jaké množství vody se nachází na Měsíci! Až se začnou budovat trvalé základny na Měsíci a později i na Marsu, bude naprosto zásadní umět využívat místní zdroje, bez kterých by se provoz takových základen stával stěží dlouhodobě udržitelným. Dříve, než začneme těžit vodu, různé plyny a materiály, je potřeba znát, kde je hledat! Lunar IceCube je takový moderní prospektor, který ukáže, jaká místa jsou pro těžbu a pro základnu na Měsíci nejvhodnější. Cesta lidstva k tomu stát se meziplanetárním druhem, začíná podobnými malými, ale velmi důležitými misemi.

Lunar IceCube nad jižním pólem Měsíce
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

CubeSat je projektem Morehead State University v Morehead, Kentucky a nese jeden hlavní vědecký přístroj nazvaný Broadband InfraRed Compact High-Resolution Exploration Spectrometer (BIRCHES) ke zkoumání distribuce vody a organických těkavých látek. Přístroj bude hledat molekuly vody nejen na povrchu, ale také v tenoučké atmosféře Měsíce. Vědci posléze využijí získaná data k sestavení podrobných map výskytu těchto látek a budou vybírat ta místa, která budou vhodná pro těžbu a existenci trvalé základny na Měsíci. „Lunar IceCube pomůže připravit cestu pro dlouhodobé lidské mise pochopením vodní dynamiky a distribuce vody na Měsíci,“ řekl Mark Lupisella, manažer výzkumu a vývoje. „To není důležité jen pro vědu, ale mohlo by to být také důležité pro dlouhodobé snižování nákladů na lidské mise na povrchu Měsíce.“

Vědecký přístroj Lunar IceCube je širokopásmový infračervený kompaktní spektrometr s vysokým rozlišením a názvem BIRCHES. Byl vyvinutý Goddardovým výzkumným střediskem na základě dřívějších zkušeností – je to vlastně zmenšená a odlehčená verze úspěšně použitého přístroje na sondě New Horizons, který byl navržen s vysokým spektrálním rozlišením (5 nm) a rozsahem vlnových délek (1 až 4 µm). Toto rozlišení je potřebné pro schopnost rozpoznat různá skupenství vody. Cílem bude zejména hledání vodního ledu. Mise doplní vědeckou práci jiných misí (Lunar Prospector, Clementine, LRO, LRCROS) tím, že se zaměří na proměny množství těchto látek na daných místech během měsíčních dní a dále rozmístěním a distribucí vodního ledu na měsíčním povrchu v různých zeměpisných šířkách. Navíc nebude tento CubeSat osamocen. Vědci budou porovnávat data z další mise, která také poletí na misi Artemis I a to je LunaH-Map. Bude se jednat o první průzkumnou a spolupracující konstelaci CubeSatů na Měsíci, které mají potenciál poskytnout zásadní vhled na umístění, hloubkové rozložení, časovou proměnlivost a distribuční mechanismy vody na Měsíci.

Popis CubeSat Lunar IceCube
Zdroj: https://eoportal.org/

BIRCHES je velmi zajímavý přístroj, který kvůli požadavkům na kompaktnost a hmotnost čelil mnoha inženýrským výzvám. Nyní se jedná o kompaktní přístroj o velikost 1,5U (1U je krychle o hraně 10 centimetrů), hmotnosti 2,5 kg a spotřebě 10-15 W a to včetně kryochladiče. Jedná se o bodový spektrometr se spektrálním rozlišením (10 nm). Pomocí lineárního variabilního filtru dochází k charakterizaci a rozlišení důležitých těkavých látek (voda, H₂S, NH₃, CO₂, CH₄, OH, organické látky) a minerálních ložisek. Přístroj je schopný flexibilně měřit dané místo bez ohledu na změny výšky nad povrchem Měsíce díky nastavitelné cloně. Aby mohl přístroj fungovat správně, musí být chlazen na pracovní teplotu. K tomu je použit kompaktní a účinný kryochladič Ricor, který je navržen tak, aby udržoval teplotu detektoru pod 120 K a aby byl optický systém udržován pod 220 K.

Udržování správného zaostření a rozlišení snímaných oblastí je důležité, protože se CubeSat bude pohybovat po extrémně protáhlé dráze, která bude procházet nad póly Měsíce. Dráha se bude postupně měnit. Nejdříve potrvá tři měsíce, než se CubeSat dostane na pracovní oběžnou dráhu a posléze bude docházet ještě ke snižování dráhy. K tomu je samozřejmě potřeba pohonný systém.

Iontový pohon použitý na Lunar IceCube
Zdroj: https://eoportal.org/

Pohonný systém je inovativní vysokofrekvenční elektrický iontový systém BIT-3, který nabízí 1,2 km/s ΔV a v kombinaci s inovativní nízkoenergetickou trajektorií, která vznikne během vypuštění od stupně ICPS, umožní CubeSatu dosáhnout oběžné dráhy Měsíce s minimální vynaloženou energií během tří měsíců. Systém BIT-3 je schopen dodat variabilní specifický impuls 2 250 sekund a tah motoru dosahuje 1,24 mN. Spotřeba motoru při práci je 70 W. BIT-3 je považován za první úspěšně nasazený iontový vysokofrekvenční motor, který jako hnací látku používá jód. Jód má při použití v tomto iontovém motoru podobné charakteristiky jako dnes stále používaný xenon. Na rozdíl od xenonu je však jód levnější a lépe dostupný prvek. Hlavně se však jedná o mnohem bezpečnější látku, která se lépe převáží a skladuje, což opět šetří finance.

Lunar IceCube je opět 6U CubeSat o hmotnosti 14 kilogramů. Pokud mise naplní očekávání, přinese cenná data, která brzy najdou uplatnění. Znalost rozložení a distribuce vody na měsíčním povrchu a kolem něj přinese vědcům schopnost předpovídat sezónní změny a určit možné ideální místo pro využívání místních zdrojů. Tyto znalosti využije program Astemis a programy na něj navazující.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/feature/
https://directory.eoportal.org/
https://en.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/bit-3_and_rf_cathode_on_iodine.jpg
https://eoportal.org/ftp/satellite-missions/l/LunarIceCube-090621/LunarIceCube_AutoD.jpeg
https://eoportal.org/ftp/satellite-missions/l/LunarIceCube-090621/LunarIceCube_AutoC.jpeg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/Lunar_IceCube_Moon_Southern_Region.png