Animatie van NASA’s Polar Exploration Volatile Compound (VIPER) op het maanoppervlak. Krediet: NASA Ames/Daniel Rotter
Zoals iedereen die onderweg is ervaren weet, helpt een goede kaart om het meeste uit je avontuur te halen. Het is niet anders dan NASA’s eerste robotachtige maanrover die eind 2023 naar de maan zal worden geleverd om te zoeken naar ijs en andere hulpbronnen op en onder het oppervlak van de maan. De Polar Exploration Rover, of VIPER, maakt deel uit van het Artemis-programma van het bureau. Zonder bewijs van maanreizen maken VIPER-missieplanners nieuwe digitale hoogtekaarten met hoge resolutie van het maanoppervlak.
Indien uitgerust met deze kaarten, zal de rover in een betere positie zijn om de maan veilig en efficiënt te doorkruisen terwijl hij op zoek is naar hulpbronnen op de zuidpool van de maan. IJs is een hulpbron van bijzonder wetenschappelijk belang omdat het toepassingen zou kunnen hebben als het in de ruimte wordt gevonden en wordt omgeleid naar andere bronnen om onze verkenning van het zonnestelsel voort te zetten, zoals zuurstof en raketbrandstof.
Op een schaal van ongeveer één meter bieden deze kaarten een 3D-model van grote stukken terrein op de zuidpool van de maan en tonen ze de steeds veranderende licht- en temperatuuromstandigheden die worden veroorzaakt door de lange schaduwen die over het landschap strijken.
Illustratie van NASA’s Polar Exploration Volatile Compound (VIPER) op het maanoppervlak. Krediet: NASA Ames/Daniel Rotter
Deze close-up van het maanoppervlak voorkomt niet alleen dat de rover omvalt op steile kraterranden, maar biedt missieplanners essentiële informatie om ervoor te zorgen dat de batterijen van de rover op zonne-energie opgeladen blijven en de rover naar veilige overwinteringslocaties sturen terwijl ze communiceren met stroomuitval met missieoperaties op aarde.
“We sturen VIPER naar een van de meest dynamische maanomgevingen, en de rover zou moeten kunnen nemen wat de maan geeft”, zegt Anthony Collabrett, VIPER-projectwetenschapper bij NASA’s Ames Research Center in Silicon Valley in Californië. “Daarom maken we deze unieke kaarten – op menselijk niveau – om ons te helpen bij het nauwkeurig plannen van roverroutes terwijl we veilig opereren en om de best mogelijke wetenschap te verzamelen.”
De kaarten onthullen al nieuwe kenmerken van wetenschappelijk belang op het maanoppervlak, waaronder veel “kleine koude vallen” – schaduwrijke holtes op het maanoppervlak variërend van 6 tot 16 voet (2 tot 5 meter) breed – die koud kunnen zijn Genoeg ijs is waarschijnlijk worden opgehaald. Deze kleine, koude vallen bieden gebieden voor verkenning, evenals diepere en oudere kuilen die de focus vormen van VIPER’s missie.
Prachtig gekanteld zicht op de rand van de Shackleton-krater nabij de zuidpool van de maan. De krater heeft een diameter van ongeveer 21 kilometer. Hoewel geen enkele locatie op de maan nog steeds wordt verlicht, blijven drie punten op de rand gezamenlijk meer dan 90 procent van het jaar door de zon beschenen. Deze punten zijn omgeven door topografische depressies die nooit zonlicht ontvangen, waardoor koude vallen ontstaan die ijs kunnen vangen. De smalhoekcamera aan boord van NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter legde dit beeld vast op 1 augustus 2006. Credit: NASA/GSFC/Arizona State University
“Vroeger dachten we aan waterijs dat zich alleen verzamelde in diepe, donkere kraters op het oppervlak van de maan,” zei Collabrett. Maar we denken nu dat zelfs kleine, schaduwrijke kraters koud genoeg kunnen zijn om watermoleculen vast te houden. Deze kleine, koude vallen komen vaker voor dan hun grotere tegenhangers, dus het is belangrijk om te begrijpen hoe water wordt opgeslagen om de bredere vraag te beantwoorden hoe water zich op de maan gedraagt.”
Om de hoogtekaarten te maken, gebruikt een team van Ames NASA’s open-source Stereo Pipeline-softwaretool en de verwerkingskracht van Ames’ Pleiades-supercomputer om duizenden satellietbeelden te stapelen die zijn vastgelegd door camera’s aan boord van het Lunar Reconnaissance Orbiter-ruimtevaartuig.
Ingenieurs combineren deze krachtige tools en expertise met een beeldverwerkingsvermogen dat lijnfotometrie wordt genoemd. Deze techniek, ook wel ‘shape from shading’ genoemd, combineert de bekende hoeken van zonlicht met de grijswaarden van verschillende 2D-beelden om de 3D-vormen van het maanoppervlak af te leiden. Met het resulterende model van het maanterrein kunnen ingenieurs berekenen hoe licht en schaduwen op elk moment in het verleden of in de toekomst over het oppervlak hebben gespeeld. Met behulp van het model kunnen ze bijvoorbeeld de verlichting voorspellen voor wanneer en waar de rover zal landen, en de bewegingen van de rover plannen om hem in het zonlicht te houden en schaduwen te vermijden.
Illustratie van NASA’s Polar Exploration Volatile Compound (VIPER) op het maanoppervlak. Krediet: NASA Ames/Daniel Rotter
Als het team de lichtomstandigheden kent, kan het gedetailleerde temperatuurkaarten maken over verschillende terreinen, aan de oppervlakte en iets meer dan 2,5 meter lager. Temperaturen kunnen sterk schommelen tussen min 400 graden en 170 graden Fahrenheit, waardoor het maanoppervlak een screeningspaneel is voor veelbelovende locaties waar het onwaarschijnlijk is dat ijs zal worden gedetecteerd. Uitgerust met deze nieuwe kaarten, kan het team locaties kiezen waar het ijs zou kunnen zijn en VIPER sturen om te proeven en te controleren of het ijs verschijnt en, zo ja, hoe stabiel het is onder verschillende maanomstandigheden.
“Deze kaarten met hoge resolutie hebben de manier waarop we denken volledig veranderd”, zegt Kimberly Enico Smith, adjunct-projectwetenschapper bij VIPER in Ames. “We beginnen te zien hoe divers de bodemgesteldheid op de maan is, zelfs binnen regio’s waarvan we ooit dachten dat ze redelijk uniform waren. Dit zal ons in staat stellen om roverkraters nauwkeuriger te lokaliseren en ons naar een betere verzameling van wetenschappelijke gegevens te leiden.”
De VIPER-teamleden die verantwoordelijk zijn om de rover in actie te houden, zijn altijd geïnteresseerd om te weten waar het voertuig dag in dag uit mee te maken krijgt, of liever, van minuut tot minuut.
“De schaduwen bewegen met dezelfde snelheid rond de zuidpool van de maan als de rover”, zegt Mark Shirley, hoofd van de missieplanning van Ames. “We moeten vooruit plannen om te voorkomen dat we voorbij de Dark Fiber Fiber komen – er is niet veel ruimte voor fouten.”
“Subtiel charmante tv-maven. Unapologetische communicator. Onruststoker. Reiswetenschapper. Wannabe-denker. Muziekfanaat. Amateur-ontdekkingsreiziger.”