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设计中的月球洞穴探测器

月球,辐射,微陨石
月球贫瘠的表面在轨道探测器下一览无遗,但与此同时,对于未来探月任务中具有关键价值的月球洞穴,人类仍知之甚少。(这些洞穴)不但能够为宇航员提供阻挡辐射和微陨石的庇护所,还可能提供水冰和其它地下资源。(图片来源:Francesco Sauro)
月球洞穴不仅是地质学意义上的“处女地”,能忠实记录月球历史,同时还能够为将来的探险家提供安全庇护所。欧空局通过OSIP号召和SysNova挑战收集了来自各行各业60余位科学家和工程师的建议,设计了一项旨在深入月表坑洞并探索月球洞穴入口的任务。科学家们认为遍布月表的坑洞可能连接着一个巨大的地下通道。但迄今为止,还没有开展过任何月球洞穴探测任务。
洞穴科学家和行星熔岩管专家、欧空局CAVES和PANGAEA的技术主管Francesco Sauro认为:“揭示月球洞穴的内部构造是名副其实的探索,能够提供不可预料的科学信息。”
欧空局于2019年在其基本活动中的“Discovery”单元启动了名为公众开放空间创新平台(OSIP)的项目,并征集探测、绘制和探索月球洞穴的创意。最终,5个创意被选中并在欧空局的SysNova挑战中开展细致研究,每一个(创意)都涉及潜在任务的不同阶段。
最近,在SysNova挑战中胜出的两项名为RoboCrane和Daedalus的研究,由欧空局的并行设计设备(CDF)合并后扩充为一项完整的任务计划。该任务将使用一台自动起重机(名为RoboCrane)悬吊起洞穴探测器(名为Daedalus)并将其降至月表坑洞中。Daedalus在下降的过程中会探索并记录洞穴入口,直到绘制出底部洞穴入口附近的地形图。
CAVES和PANGAEA项目主管、研究技术专员Loredana Bessone解释道:“OSIP竞赛和SysNova挑战为CDF任务分析铺平了道路。我们得以确定欧洲和加拿大的工业部门和研究机构对月球洞穴(探测)任务的兴趣以及他们各自的专长。工业界和学术界能够直面此类任务中的挑战,并从月球洞穴科学家那里了解到任务约束、存在的机会和可能的任务方案。”
设计一项太空任务需要考虑诸多因素;而在整合了来自各个科学和工程领域的专家们(包括RoboCrane和Daedalus团队中的技术专家和欧空局中的专家)的意见后,这项比平常大得多的CDF研究给出了一份完整的月球洞穴探测方案。探测任务兼具可行性和重大科学意义。
欧洲大型后勤着陆器,Ariane6,月球洞穴探测

欧洲大型后勤着陆器(EL3)的艺术想象图。(图片来源:European Space Agency)

这项任务(中的设备)最早将于2033年搭载Ariane6发射升空,并利用欧洲大型后勤着陆器(EL3)到达月球表面。它将前往Marius Hills坑洞并持续工作两周(一个月球日)。

Marius Hills坑洞,CDF研究,漫游车

Marius Hills坑洞:深约34米,洞口大小65米×90米。(图片来源:NASA)

参与CDF研究的专家提出了漫游车(用于携带设备并靠近坑洞)的初步设计,以及RoboCrane和Daedalus的具体设计。CDF还将研究坑洞中的环境,为月表下的环境和任务单元建模,规划确保任务成功所需的技术发展路线,并解决任务中将面临的主要挑战。

DAEDALUS,吊索,Wi-Fi接收器

DAEDALUS将首先由一根悬索吊放到洞穴入口,接着吊索断开,DAEDALUS依靠自身动力自行离开。这时悬空的吊索转而充当Wi-Fi接收器,并将DAEDALUS的发现传出坑洞。(图片来源:Julius-Maximilians-University)

Wi-Fi通讯,坑洞探测器,太空探索

月表与坑洞探测器之间Wi-Fi通讯示意图。(图片来源:European Space Agency)

Francesco解释称:“类似这样的任务需要革命性的技术进步,并鼓励太空部门研究更新颖的技术方案。其中的技术进步将成为人类迈向月球和火星探索的一大步。”迄今为止取得的进展使得欧空局处于推动太空探索——“从月球表面转向月球地下”——的最前线。但距离这一任务的成功至少还有十年的工作要做。

RoboCrane和Daedalus背后的团队在持续推动他们的工作。由Oviedo大学领导的RoboCrane研究人员于2021年12月发表了一篇论文,文中描述了为洞穴探测器提供能量以及与月表之间通信支持的系统。

Loredana说到,“这项任务还需要在未来几年中进一步细化:一方面,搭载RoboCrane和Daedalus并将其运输到月表坑洞的漫游车需要仔细设计,同时还需要开展一系列月球环境测试以检验任务中用到的技术。”

来自欧洲和加拿大的大学和研究机构的17位专家组建了一支专题团队以支持欧空局制定项目战略,其中包括欧洲月球探测框架内的月球洞穴(探测任务)。该团队计划于2023年组织一场行星洞穴会议,期间一支国际科学家和工程师小组将推进未来十年月球洞穴探测任务的需求(细节)。

翻译:张宇哲

审校:董子晨曦

引进来源:欧洲航空局(European Space Agency)


本文来自:中国数字科技馆
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