NASA-uitrusting is bedoeld om de ijskoude nacht van de maan te overleven zonder nucleaire hitte

Op de maankan niet veel de arctische duik van de avond overleven, waar de temperatuur elke maand gedurende de twee weken durende periode van duisternis kan dalen tot -330 graden Fahrenheit.

Naarmate meer naties en privé ruimte bedrijven onbemande maanlandingen proberen, zijn de gevaren van maanverkenning scherp in beeld gekomen. Zelfs robotmissies die de landing overleven, worden geconfronteerd met een andere grote bedreiging: de meedogenloze kou van de maannacht. Er zijn maar weinig landers en rovers die ooit wakker worden nadat ze de diepvries hebben doorstaan. Bij cryogene temperaturen beginnen gesoldeerde metalen verbindingen te falen en gaan batterijen dood.

Die barre omgeving vormt een echte uitdaging voor NASA terwijl het een terugkeer van astronauten naar de maan nastreeft – vooral naar de zuidpool, die dat wel heeft gedaan enkele van de koudste temperaturen in het zonnestelsel – maar niet onoverkomelijk.

Mashable 101 Fanfavoriet: Stem op je favoriete maker Vandaag!

Bij het Goddard Space Flight Center in Maryland test een team van ingenieurs een apparaat in een thermische vacuümkamer, waarbij de hardware op de proef wordt gesteld. De kamer verschuift van de uitersten van 300 graden Fahrenheit naar -330 graden Fahrenheit. Door middel van herhaalde warme en koude cycli bootsen de tests echte temperatuurschommelingen na die kunnen optreden tussen diepe schaduw en vol zon op de zuidpool van de maan, waar Artemis IV kan al in 2028 met een bemanning landen.

Op basis van testresultaten is de Meetstation voor het maanmilieuof LEMS, zal naar verwachting het eerste Amerikaanse instrument worden dat een volledige poolnacht overleeft, een mijlpaal voor NASA’s plan om een langdurige maanbasis in de verraderlijke regio.

“Niemand, voor zover wij weten, heeft nooit kunnen zeggen dat ze de zuidpool van de maan tijdens de maannacht hebben overleefd en functioneel zijn geweest”, zegt Samantha Hicks, de hoofdsysteemingenieur van LEMS. “We zijn op weg om de eerste Amerikaanse lading te worden die dat doet.”

Het LEMS-apparaat is een belangrijk stuk hardware voor NASA’s maanambitieswaarbij tot twee jaar lang wordt gevolgd hoe de grond op de maan trilt. De doos ter grootte van een koffer houdt voortdurend de grond in de gaten voor maanbevingen en asteroïde slaat in – niet alleen op de zuidpool van de maan, maar rond de hele maan.

Misschien verrassend genoeg blijft de maan seismisch actief, ondanks het gebrek aan platentektoniek zoals we die op aarde hebben, zegt Naoma McCall, mede-onderzoeker en leider van LEMS. De Apollo-missies van meer dan 50 jaar geleden waren vergelijkbaar seismometers op de maan en registreerde diepe en ondiepe trillingen, thermische gebeurtenissen en meteoroïde inslagen. Maar die midcentury-instrumenten 1977 gesloten en gaf een onvolledig beeld van wat er in de korst en mantel van de maan gebeurt, zei ze.

Meer gegevens zijn cruciaal voor NASA om veilig een buitenpost op de maan te vestigen waar mensen kunnen wonen en werken, vooral als het poolgebied vaker – of sterker – blijkt te trillen dan voorspeld.

“Er is veel dat we niet weten over het binnenste van de maan, omdat we alleen de waarnemingen van de nabije kant hadden”, zei McCall, verwijzend naar het maanhalfrond gericht op de aarde, waar alle Apollo-missies landden.

Decennia lang zijn veel verafgelegen ruimtemissies warm en klein gebleven nucleaire warmtebronnen die langzaam energie vrijgeven terwijl ze vergaan. Deze systemen zijn krachtig, maar afhankelijk van schaarse brandstof. Bovendien voegen ze kosten, complexiteit en veiligheidsbeoordelingen toe. Als dit kleine apparaatje de maannacht kan doorkruisen met alleen zonlicht, batterijen en isolatie, zou NASA het model in de toekomst kunnen repliceren voor snellere en eenvoudigere oppervlakteapparatuur.

Om LEMS te installeren, zal een astronaut de doos in een greppel nestelen en in de buurt cilindrische gaten boren om twee sensoren onder de grond te begraven. Ingenieurs ontwierpen de doos van 66 pond zodat één persoon hem kon dragen. Als die last nog steeds te zwaar klinkt, onthoud dan dat alles op de maan over gevoel gaat een zesde lichter dan op aarde.

Nadat ze zich ervan hebben verzekerd dat het systeem in de goede richting is gericht, kunnen de astronauten het instellen en het vergeten, zei McCall. Een team oefende met het inzetten van de apparatuur aan de University of Central Florida, in een kamer vol kunstmatige maangrond, om ervoor te zorgen dat het in eenvoudige stappen kon worden uitgevoerd.

Een team integreert het Lunar Environment Monitoring Station (LEMS), een instrument dat maanbevingen en trillingen zal volgen, in het Goddard Space Flight Center van NASA.
Krediet: NASA Goddard Space Flight Center

‘We zetten drie schakelaars om en lopen dan weg’, zei McCall.

Terwijl de buitenkant van de doos bakt en bevriest, blijven de belangrijkste interne componenten – de batterij, de autonome computer en andere elektronica – tussen de -22 en 86 graden Fahrenheit. Ingenieurs zeggen dat een kleiner intern bereik ervoor zorgt dat de apparatuur continu kan blijven werken, zelfs als de schaal wordt geconfronteerd met de zwaarste gevolgen van de maanomstandigheden.

De sleutel tot het handhaven van een consistente interne temperatuur is een geavanceerde thermische deken. Het eigen materiaal, ontwikkeld door de in Colorado gevestigde Quest Thermal Group voor NASA, heet Geïntegreerde meerlaagse isolatieof IMLI. NASA werkte ook samen met partners om aan te passen hoe de lithium-ionbatterij wordt opgeladen om de extreme kou te overleven.

“Lithium-ion heeft er absoluut een hekel aan om onder de -30 graden Celsius te gaan. Dan krijg je lithium-ion-plating”, zegt Hicks, verwijzend naar een probleem dat optreedt wanneer de batterijen niet langer de chemische stof kunnen absorberen die de energie transporteert. “Het draait allemaal om het overleven van die maannacht en het worstcasescenario.”

Na recente wijzigingen in de Artemis-lanceringscampagne is NASA begonnen met het herwerken van het plan op hoog niveau voor de komende maanlandingsmissie. Het agentschap zal beslissen of de LEMS-lading met Artemis IV zal vliegen nadat het de officiële lijst van alles aan boord heeft opgesteld. In de tussentijd zal het team de komende maanden de rest van het testschema voltooien.