Mentre ci avventuriamo in avanti verso la Luna e stabiliamo una presenza lunare sostenuta, trovare e comprendere l'acqua sulla superficie lunare diventa sempre più importante. L'acqua lunare è in gran parte sotto forma di, ma non necessariamente limitato a, ghiaccio d'acqua. Gli astronauti sulla Luna potrebbero usare questo ghiaccio per varie esigenze dell'equipaggio, potenzialmente incluso il carburante per missili. La missione Lunar IceCube, guidato dalla Morehead State University di Morehead, Kentucky, studierà la distribuzione e l'interazione dell'acqua sulla Luna. La missione trasporterà uno strumento della NASA chiamato Broadband InfraRed Compact High-Resolution Exploration Spectrometer (BIRCHES) per studiare la distribuzione dell'acqua e di altri volatili organici. Gli scienziati della NASA utilizzeranno questi dati per capire dove si trova l'acqua sulla Luna, le sue origini e come possiamo usarlo.

"Lunar IceCube aiuterà a spianare la strada alle missioni umane attraverso missioni robotiche significativamente meno costose e affrontando la dinamica dell'acqua sulla Luna, " disse Marco Lupisella, responsabile ricerca e sviluppo esplorativo. "Questo non è importante solo per la scienza, ma potrebbe anche essere importante per ridurre il costo delle missioni umane a lungo termine".

Lo strumento BIRCHES non solo aiuterà a mappare la distribuzione e la dinamica dell'acqua sulla superficie lunare, ma anche nell'esosfera, un volume molto sottile simile a un'atmosfera che circonda la Luna. Gli scienziati sono interessati a comprendere l'assorbimento e il rilascio di acqua dalla regolite lunare, che è paragonabile al suolo sulla superficie terrestre. Studiando l'assorbimento e il rilascio di acqua, gli scienziati possono iniziare a mappare i cambiamenti che si verificano sulla Luna. Trovare e comprendere l'acqua sulla superficie lunare è vitale per stabilire una presenza prolungata sulla Luna.

Lunar IceCube prevede di avere un'orbita ellittica di sette ore attorno alla Luna, dove osserverà la superficie lunare per un'ora di quel tempo. Questo tempo di osservazione limitato è dovuto alla vista della Luna da parte di BIRCHES. Se il Sole sbircia nel punto di vista del Lunar IceCube mentre osserva o viaggia verso la Luna, lo strumento BIRCHES verrebbe danneggiato in modo permanente a causa dell'intensità dell'energia solare sul rivelatore a infrarossi e su altri componenti ottici sensibili all'interno dello strumento. Per evitare ciò, il team ha sviluppato una piccola porta simile a un garage sullo strumento che si aprirà e si chiuderà per proteggere lo strumento.

Lunar IceCube è progettato per fornire diverse osservazioni del sito a diverse latitudini per comprendere ulteriormente i cicli dell'acqua sulla Luna. Inoltre, i risultati di Lunar IceCube forniranno misurazioni complementari ad altri CubeSat che osservano la Luna.

"Tutto ciò che impariamo sulla Luna è prezioso, " disse Cliff Brambora, BETULLE capo ingegnere. "La Luna è una sorta di banco di prova per la tecnologia e l'esplorazione, e la conoscenza che acquisiamo lì ci aiuterà con il potenziale per stabilire una presenza sostenuta su altri pianeti, come Marte".

Oltre alla tecnologia miniaturizzata per lo strumento BETULLE, Lunar IceCube sarà caratterizzato da un propulsore a propulsione ionica, una nuova tecnologia per CubeSats. A causa delle dimensioni minuscole del veicolo spaziale, il propulsore funziona elettricamente utilizzando piccole quantità di propellente per dare una piccola spinta e guidare il veicolo spaziale lungo il suo percorso, simile a quello delle ali di farfalla.

"L'esplorazione interplanetaria con CubeSats è possibile attraverso l'uso di sistemi di propulsione innovativi e traiettorie creative, " ha affermato Benjamin Malphrus della Morehead State University. "Il sistema di propulsione ionica è una tecnologia abilitante che aprirà le porte all'esplorazione del sistema solare con piccole piattaforme satellitari, inaugurando una nuova era di esplorazione spaziale."

Come CubeSat, un satellite miniaturizzato che in genere pesa meno di 397 libbre, Cubo di ghiaccio lunare, che pesa 31 libbre, fornisce all'agenzia un modo efficiente ed economico per studiare la Luna. CubeSat offre alla NASA, università e altre organizzazioni con una piattaforma per le indagini scientifiche, dimostrazioni tecnologiche e concetti di missione avanzati. Il carico utile di BIRCHES ha all'incirca le dimensioni di una scatola di fazzoletti da otto pollici, e durante lo sviluppo di BETULLE, il team ha dovuto miniaturizzare drasticamente l'hardware legacy di una precedente missione della NASA a circa un sesto della sua dimensione originale.

Lunar IceCube è uno sforzo collaborativo tra il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland; Il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California; Katherine Johnson Independent Verification and Validation Center della NASA a Fairmont, Virginia dell'ovest; Morehead State University (MSU); e partner commerciali, compresa la società di propulsione spaziale Busek.

Lo strumento BIRCHES è attualmente sottoposto a test ambientali a Goddard ed è prevista la consegna a MSU ad agosto per l'integrazione nel veicolo spaziale. La missione verrà lanciata come payload secondario sull'Artemis -1 dello Space Launch System (SLS).

Lunar IceCube sta aprendo la strada alla missione della NASA sulla Luna. Distinguendo l'acqua sopra e intorno alla superficie lunare, gli scienziati saranno in grado di prevedere i cambiamenti stagionali e determinare il possibile uso in situ dell'acqua sulla Luna. Questa sarà un'informazione preziosa poiché la NASA lavora per stabilire una presenza lunare sostenuta entro il 2024.