Pablo Sobron Sanchez
SETI Enstitüsü
Bu öneri, yeni bir keşif aracı sınıfını araştırıyor: Raman spektroskopisi kullanarak yüksek hızlı uçuş geçişleri sırasında yörüngeden mineral haritalaması yapacak bir uzay aracı. Araç ne iniş yapacak ne numune getirecek ne de uzun süre yörüngede kalacak. Eğer bu konsept uygulanabilir bulunursa, NASA tek bir 300 kilogramlık uzay aracıyla Ay'daki buz ve ilmeniti, asteroitlerdeki cevher içeriğini ve Mars'ın uydularındaki uçucu mineral yataklarını değerlendirebilecek. Bu yetenek, NASA'nın sürdürülebilir Ay varlığı, asteroit kaynak değerlendirmesi ve Mars lojistiği alanındaki uzun vadeli hedeflerine, temel bir operasyonel soruyu yanıtlayarak katkı sağlayacak: Bu malzeme tam olarak nedir?
Projenin temel amacı, mineralleri moleküler parmak izlerinden tanımlayan Raman spektroskopisinin, uçuş geçişi veya yörünge yayı sırasında onlarca kilometre uzaktan çalışıp çalışamayacağını belirlemek. Bugüne kadar gezegensel Raman yalnızca birkaç metre mesafeden, keşif araçları üzerinde kullanıldı. 30-50 kilometre mesafeden Raman ölçümü yapabilmek, gezegen bilimi ve uzay kaynak haritalaması için yeni bir çığır açacak; pasif yansıma veya nötron yöntemlerinin sağlayamadığı bileşimsel özgüllüğü sunacak.
Referans görev konsepti, tek bir güneş elektrikli itki sistemine sahip uzay aracının üç keşif ayağı gerçekleştirmesini öngörüyor: (1) Buz ve ilmenit haritalaması için Ay'ın 50 km kutupsal yörüngesi; (2) silikat, metal ve organik maddeleri belirlemek için Dünya'ya yakın bir asteroitin 30 km uçuş geçişi; (3) Mars misyon lojistiğine bilgi sağlayacak uçucu madde açısından zengin fazları tespit etmek için Phobos veya Deimos'un 30-50 km yörüngesi.
Her ayakta, yüksek enerjili darbeli bir lazer, zaman kapılı foton sayma dedektörü ve radyasyon dayanımlı ışın yönlendirme sistemi, gezegen yüzeyinden gelen Raman sinyallerini izole edecek. Mevcut hiçbir sensör veya görev sınıfı bu işlevi yerine getiremiyor.
Bu NIAC Faz I çalışması, uygulanabilirliği belirlemek için üç temel soruyu yanıtlıyor: (1) Temel mineral Raman çizgileri 50 km mesafeden yeterli sinyal-gürültü oranıyla tespit edilebilir mi? (2) Hızlı uçuş geçişleri sırasında ışın yönlendirme ve bulanıklık, bekleme süresi boyunca entegrasyona izin verecek şekilde stabilize edilebilir mi? (3) Gerçekçi itki, güç ve tutum kontrol sistemlerine sahip 300 kg'lık bir uzay aracı, üç hedefin tamamında görev mimarisini tamamlayabilir mi?
Yöntemler arasında bilinen Raman kesit alanlarına dayalı birinci prensipler foton modellemesi, uzay aracı titreşim analizi ve NASA'nın standart görev planlama araçlarını kullanarak yörünge tasarımı yer alıyor. Çalışma üç teknik iş paketi ile sentez ve raporlama bölümlerine ayrılmış. Foton dönüşü veya yönlendirme kontrolündeki değişikliklerin genel görev uygulanabilirliğini nasıl etkileyeceğini belirlemek için duyarlılık analizleri ve karar kapıları entegre edilmiş. Her ayak için daha düşük uçuş geçişi irtifaları ve farklı itki şemaları dahil olmak üzere alternatif mimariler araştırılıyor.
Çalışma ekibi, Raman enstrümantasyonu, uzay kaynaklı lidar ve görev tasarımı alanlarında derin uzmanlığı bir araya getiriyor. Proje yürütücüsü Sobron, 120 metre menzilli saha Raman sistemlerine liderlik etti ve Mars'taki SuperCam ile SHERLOC cihazlarına katkıda bulundu. Eş araştırmacı Lee ve işbirlikçi Yu, NASA Goddard'dan ICESat-2 ve diğer yörünge lazer sistemlerinden doğrudan deneyim getiriyor. Eş araştırmacı Casell, NASA Ames'te erken görev tasarımına liderlik ediyor ve daha önce NIAC deneyimine sahip. Ekip, SETI ve ticari ortak OffWorld tarafından destekleniyor.
Çalışma başarılı olursa, yörüngesel Raman mineral tespiti için ilk mimariyi tanımlayacak ve iniş yapmadan yüksek çözünürlüklü moleküler haritalamanın mümkün olduğunu gösterecek. Kısmi başarı bile uzaktan algılama fiziği için yeni sınırlar belirleyecek, doğrulanmış modeller sağlayacak ve NASA'nın Artemis yer seçimi, asteroit madenciliği ve Mars ISRU planlamasındaki gelecekteki kararlarını destekleyecek. Mimari, uygun maliyetli bir Discovery sınıfı şablonu oluşturuyor ve bu şablon, zamanla iç Güneş Sistemi keşif araçları filosuna dönüşerek gezegen keşfine Landsat tarzı mineral zekası getirebilir.
