CubeSats a la Luna | La Sociedad Planetaria

LunaH-Map jugará un papel en la comprensión de cuánto hielo de agua podría estar escondido dentro de las regiones permanentemente sombreadas del Polo Sur lunar. LunaH-Map también ayudará a responder preguntas geológicas sobre si este hielo de agua podría haber sido entregado por el paso de asteroides o cometas, o si podría haber otra fuente.

Nuestro CubeSat se lanzará en el cohete SLS de la NASA y entrará en una órbita altamente elíptica con un acercamiento más cercano directamente sobre el Polo Sur de la Luna. El acercamiento más cercano (llamado perilunio) está a solo unos 5 km sobre la superficie. Necesitamos acercarnos mucho porque nuestros instrumentos científicos, dos espectrómetros de neutrones, tienen un campo de visión efectivo muy grande. Para un espectrómetro de neutrones, la resolución espacial es aproximadamente una vez y media la altura sobre el suelo, por lo que cuanto más nos acerquemos a la superficie, mejor podremos aislar espacialmente la ubicación de cualquier enriquecimiento en agua helada.

Las misiones anteriores a la Luna han llevado espectrómetros de neutrones, pero orbitaron desde elevaciones mucho más altas que LunaH-Map, lo que resultó en mediciones que no nos permiten aislar la abundancia específica y la ubicación del hielo de agua dentro de las regiones permanentemente sombreadas. Sabemos que el hielo de agua es abundante en regiones pequeñas (de misiones anteriores de la NASA), pero nuestros mapas actuales de baja resolución espacial de hielo de agua de espectrómetros de neutrones podrían ser consistentes tanto con hielo de agua altamente concentrado en una región pequeña como con menos agua. -el hielo se extendió por una región mucho más grande.

¿Cómo se te ocurrió la idea de este CubeSat?

Soy miembro del equipo científico Curiosity del Laboratorio de Ciencias de Marte, donde trabajo en el detector de neutrones (llamado DAN, o Albedo Dinámico de Neutrones) que está montado en la parte posterior del móvil. Como parte de este trabajo, he estado pensando mucho sobre las rocas y las características de la superficie que se encuentran dentro del campo de visión efectivo de DAN. Resulta que el campo de visión de DAN es de solo unos 3 metros centrados alrededor de las dos ruedas traseras de Curiosity.

Al tratar de comparar los datos de neutrones de Curiosity con un mapa de agua de uno de los detectores de neutrones en órbita alrededor de Marte (el Espectrómetro de neutrones en Mars Odyssey), me llamó la atención lo desafortunado que era que la resolución espacial desde la órbita fuera de cientos de kilómetros cuadrados. Los científicos han estado pensando en volar detectores de neutrones en planeadores o aviones volando de forma autónoma alrededor de Marte durante muchos años y siempre pensé que esas eran ideas realmente geniales para resolver el problema de la resolución espacial con detectores de neutrones. Entonces, cuando estaba conversando con el (futuro) ingeniero jefe de LunaH-Map en ASU sobre las posibilidades de una misión SIMPLEx y lo que podría ser posible, inmediatamente comenzamos a pensar en grandes preguntas en ciencia planetaria que podrían responderse para la Luna. Nos enfocamos en la Luna porque, con nuestra tecnología actual y la oportunidad de lanzamiento en SLS, esto nos permitiría la mayor cantidad de combustible para permanecer en órbita y recopilar la mayor cantidad de datos.

Entonces era una cuestión de qué sería un objetivo científico convincente, y dado que tiendo a pensar en neutrones y detectores de neutrones que nos informan sobre el agua, tenía mucho sentido pensar en lugares de la Luna donde podríamos querer detectar agua—como las regiones permanentemente sombreadas.

Pero realmente necesitamos acercarnos a la superficie para que las mediciones de neutrones valgan la pena. La misión no tendría sentido a menos que supiéramos que podemos entrar en una órbita de bajo perilunio para realizar esa medición de alta resolución espacial. Esa parte realmente difícil finalmente fue resuelta por una pequeña empresa llamada KinetX, que han proporcionado soluciones orbitales tanto para New Horizons como para MESSENGER. Con la solución orbital en la mano, solo era cuestión de formar el mejor equipo que pudiéramos en torno al concepto de la misión. Trajimos a algunos excelentes miembros del equipo de la NASA: Ames, que tienen experiencia con LCROSS, el Laboratorio de Propulsión a Chorro, Dispositivos de Monitoreo de Radiación, la Universidad Católica de América y Recursos Planetarios.

¿En qué se diferencia una misión como LunaH-Map de lo que la mayoría de la gente considera una misión lunar de la NASA?

La mayoría de las misiones de la NASA a la Luna (u otros planetas) llevan grandes conjuntos de instrumentos que han sido seleccionados competitivamente de un grupo de instituciones estadounidenses e internacionales. LunaH-Map tiene una cantidad relativamente pequeña de instrumentos: solo dos detectores de neutrones y una cámara de ingeniería.

La otra forma en que esta misión es diferente es que la mayoría de las arquitecturas de misión se definen de antemano, al menos en el nivel alto. Lo realmente divertido de desarrollar esta misión SIMPLEx fue que las posibilidades eran relativamente ilimitadas: limitadas solo por cualquier cosa que pudiéramos soñar que encajara dentro de una plataforma CubeSat. Realmente se puede ver esto en la diversidad de propuestas que se seleccionaron tanto para el vuelo como para el desarrollo de tecnología. LunaH-Map está destinado a la Luna, mientras que las otras misiones se propusieron a la órbita de la Tierra e incluso a Marte.

Sin embargo, la diferencia real con otras misiones de la NASA es que LunaH-Map será diseñado, construido, probado y operado por la Universidad Estatal de Arizona (ASU). Esta es la primera misión dirigida por ASU, lo que significa que, en lugar de que ASU entregue un instrumento a la NASA (como se hizo recientemente con OTES para la misión OSIRIS-Rex), todos nuestros socios están entregando componentes a ASU para que puedan integrarse en la nave espacial y probarse. Luego operaremos la nave espacial, descargaremos todos los datos y realizaremos el modelado requerido para convertir nuestros datos de conteo de neutrones en mapas de abundancia de agua helada.

¿Qué te obligó a hacer con las limitaciones de un CubeSat (tanto en tamaño físico como en un límite presupuestario de $ 5,6 millones) con respecto al diseño de tu nave espacial?

Tuvimos que pensar creativamente y aprovechar muchos de los desarrollos que han tenido lugar en CubeSats y satélites pequeños durante los últimos 5 a 10 años.

Construimos colaboraciones sólidas con una variedad de pequeñas empresas que han estado desarrollando componentes para CubeSats y satélites pequeños. Lo bueno de esto es que muchas de estas empresas han estado desarrollando sus productos y tecnologías a través de contratos de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas (SBIR) de la NASA y Transferencia de Tecnología de Empresas Espaciales (STTR). Entonces, parte del desarrollo y la inversión en estas tecnologías innovadoras ya se han realizado a través de otros programas de la NASA, solo lo estamos utilizando para la ciencia planetaria en lugar de la empresa comercial.

¿Eres capaz de aprender algo del cubosat LightSail de la Sociedad Planetaria que voló a principios de este año?

Observé LightSail muy de cerca, a través de los muchos altibajos, y fue increíble ver que todo funcionó tan bien al final. La comunidad que desarrolla CubeSats que son capaces de salir de la órbita terrestre (interplanetaria) todavía es relativamente pequeña, y absolutamente planeo aprender todo lo que pueda de todos los que tienen experiencia en este campo para asegurar que estas pequeñas plataformas satelitales sean lo mejor posible. ser para la ciencia y la exploración de nuestro sistema solar.

La mayoría de la gente no está familiarizada con el proceso de propuesta en sí. ¿Cómo es pedirle a la NASA millones de dólares para enviar tu idea a la Luna?

La llamada SIMPLEx fue muy diferente a cualquier otra llamada de misión completa de la NASA. Para la mayoría de las misiones, los proponentes tienen un año (o años) para formular, conceptualizar y perfeccionar sus conceptos de misión. En nuestro caso, tuvimos alrededor de 4 a 5 meses para completar todo el proceso y enviar la propuesta.

Fue muy divertido ver que todo se unía. La mayor parte de los días se dedicaron a hacer llamadas, charlar con todos los diversos co-investigadores para asegurarse de que todos estuvieran trabajando hacia un objetivo común con el que todos estuvieran de acuerdo. Era realmente importante mantener a todos en el camino y seleccionar todas las ideas que todos tenían (que eran todas brillantes) en un concepto de misión completamente formado.

Sin embargo, como científico planetario, pasé la mayor parte de mi tiempo elaborando la sección científica de la propuesta, pero también pasé mucho tiempo redactando el cronograma del proyecto, el plan de gestión, las narrativas de costos, el concepto de operaciones, los planes de gestión de datos, y matrices de trazabilidad científica! En cuanto a la construcción del equipo, gran parte fue a través de conexiones personales que yo tenía o que tenía el equipo. Tuvimos que limitarnos solo al equipo que sabíamos que podía hacer el trabajo.

¿Por qué las oportunidades como SIMPLEx son importantes para los científicos que recién comienzan su carrera?

En mi experiencia como posdoctorado en los últimos años, el mercado laboral en el mundo académico parece casi saturado.

Casi todos los días veo un artículo sobre la acumulación de posdoctorados que no tienen adónde ir. Creo firmemente que es importante retener a científicos altamente capacitados que puedan investigar y enseñar. Después de dos o tres citas posdoctorales, realmente puede convertirse en un punto de conflicto en la carrera de uno, donde una persona que probablemente tenga alrededor de 30 años tendrá que decidir si su pasión por la ciencia es lo suficientemente fuerte como para sentirse cómodo pasando de corto plazo. a un trabajo a corto plazo con solo beneficios modestos, sin capacidad de ahorrar para jubilación y la imposibilidad de establecerse en un solo lugar. Estamos empujando lentamente a este tipo de personas altamente capacitadas fuera de la investigación y la enseñanza, y más oportunidades como esta podrían ayudar.

Si no encontramos formas de retener a personas altamente capacitadas en ciencia, realmente tendremos un problema para fomentar a cualquiera en los campos STEM en el futuro. Por lo tanto, SIMPLEx es importante porque brinda a los científicos principiantes la oportunidad de diseñar su propio experimento, construir un equipo y probarlo o volarlo. Puede convertirse en su propio investigador principal y diseñar sus propios experimentos. Todavía no está sucediendo, pero si las misiones como LunaH-Map, Lunar IceCube y Lunar FLASHLIGHT tienen éxito, abrirá las posibilidades para la exploración planetaria no solo en términos de presupuesto sino también en términos de cronogramas. En este momento tenemos que esperar años entre misiones a otras lunas y planetas, pero con CubeSats, un solo lanzamiento del SLS podría lanzar 11 misiones diferentes (como cargas útiles secundarias).

Los lanzamientos de CubeSat también se están planificando para otros grandes vehículos de lanzamiento, por lo que podríamos estar hablando de docenas y docenas de misiones científicas planetarias divididas en solo unas pocas oportunidades de lanzamiento. Esto no solo es emocionante para los amantes de la ciencia y la exploración planetaria, sino también para los expertos en ciencia planetaria que han sido capacitados para estudiar los datos de estas misiones o (quizás) para aquellos que quieren ser los investigadores principales de esas misiones.

¿Qué papel crees que tendrán los CubeSats en el futuro de la exploración planetaria?

Soy un gran fanático de la tecnología y me encanta seguir los sectores de los videojuegos y la tecnología. Creo que ya hemos visto un tipo similar de desarrollo empresarial en el sector tecnológico. En el desarrollo de software, puede ser relativamente barato crear una aplicación, y los equipos pequeños pueden crear una hermosa aplicación que tenga un gran éxito. Eso fue posible en parte al reducir el costo de la propia plataforma de desarrollo, la computadora personal. También fue ayudado por la infraestructura, Internet. Existen algunas similitudes entre lo que podría suceder con CubeSats como plataforma y lo que ya hemos visto suceder en el desarrollo de aplicaciones de software.

Si estas primeras misiones SLS CubeSat demuestran que pueden realizar mediciones científicas en una pequeña plataforma de nave espacial, debería abrir el campo de juego y conseguir que más grupos científicos tradicionales se interesen en trabajar en CubeSats.

La otra cosa hermosa de CubeSats es que requieren experiencia en muchas disciplinas. Necesitamos ingenieros informáticos, programadores, ingenieros aeroespaciales, eléctricos y mecánicos, especialistas en mecánica orbital y, sí, ¡incluso científicos planetarios! Más oportunidades de misión y más oportunidades para diseñar CubeSats significan más razones para alentar a los niños (y adultos) a ingresar en los campos de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM). Los CubeSats se desarrollaron como una plataforma educativa de código abierto, y espero que siempre mantengan esas raíces, incluso cuando se usan para misiones científicas planetarias más grandes como LunaH-Map.

Las grandes misiones de la NASA no van a desaparecer (¡y no deberían!), pero los CubeSats abren la posibilidad de utilizar todo el espacio disponible dentro de cargas útiles de naves espaciales más grandes para realizar minimisiones dentro de la misión principal. Esto distribuye el riesgo y permite que estas pequeñas misiones no pongan en peligro la carga útil principal. También permite que una gran misión despliegue CubeSats como «exploradores», transportando cargas útiles especializadas que se enfocan en cuerpos planetarios específicos o para ser utilizados como impactadores que podrían transmitir datos a medida que se acercan (similar a LCROSS). Mientras las oportunidades de lanzamiento continúen creciendo, las posibilidades de hacer que las naves espaciales planetarias sean más baratas y más accesibles para todos son realmente infinitas.

Realmente creo que esta es la punta del iceberg para CubeSats y me siento extremadamente honrado y privilegiado de liderar una de las primeras misiones interplanetarias de CubeSat que se enfoca singularmente en la ciencia planetaria.

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