NASA предложило искать лёд и руду с пролётных траекторий без посадки

NASA рассматривает концепцию аппарата, который сможет искать лёд, минералы и руду на Луне, астероидах и спутниках Марса без посадки и забора образцов. Проект Interworld Slingshot Resource Surveys предлагает один аппарат массой около 300 кг, который будет работать с дистанции 30—50 км и считывать состав поверхности по лазерной спектроскопии.

Идея строится вокруг рамановской спектроскопии. Импульсный лазер освещает участок поверхности, после чего прибор анализирует рассеянный свет и по спектральным признакам определяет молекулярный состав вещества. На Земле и в планетных миссиях такую технологию уже применяли на небольших расстояниях, но здесь речь идёт о работе с расстояния в десятки километров, что требует более высокой чувствительности и точности.

В предложенной схеме лазер должен работать вместе с детектором, который считает фотоны и отсекает фон, а также с системой точного наведения луча во время движения аппарата. Авторы концепции считают, что такой подход может дать более точную информацию о химическом составе поверхности, чем пассивный анализ отражённого света или другие удалённые измерения.

Три этапа поиска льда и руды

Эталонный сценарий проекта разбит на три разведывательных этапа. Сначала аппарат выйдет на полярную орбиту Луны высотой 50 км и будет искать лёд и ильменит, минерал, содержащий железо и титан. Затем он пролетит на расстоянии 30 км от околоземного астероида, чтобы определить минералы, металлы и органические вещества.

На третьем этапе аппарат выйдет на орбиту Фобоса или Деймоса высотой 30—50 км. Там он должен искать фазы минералов, содержащие летучие вещества. Полученные данные, по замыслу авторов, помогут оценить наличие ресурсов, которые могут пригодиться для будущих лунных и марсианских миссий.

Первые испытания концепции должны ответить на главный вопрос: получится ли получить пригодный для анализа рамановский сигнал с такой дистанции. Исследование проверит, удастся ли различить характерные линии минералов при достаточном отношении сигнал/шум на расстоянии до 50 км, насколько точно аппарат сможет удерживать лазер на поверхности при быстрых пролётах и сможет ли платформа массой 300 кг одновременно нести системы движения, энергоснабжения и ориентации.

Для этого команда собирается рассчитать число возвращающихся фотонов по известным сечениям рамановского рассеяния, оценить влияние вибраций и ошибок ориентации и построить траектории с использованием стандартных инструментов планирования NASA. Для каждого этапа также рассматриваются альтернативы, включая меньшую высоту пролёта и другие схемы двигательной установки.

Проект выполняется в рамках NIAC Phase I, первой фазы программы NASA Innovative Advanced Concepts, которая предназначена для оценки перспективных космических технологий. Команду возглавляет инженер, ранее работавший с системами анализа объектов на расстоянии 120 м и участвовавший в разработке приборов SuperCam и SHERLOC для марсианских миссий. В работе также участвует команда SETI, а соавторы технологии имеют опыт создания орбитальных лазерных систем, включая решения, применённые в миссии ICESat-2.

Даже частичный успех должен показать, где у дистанционного рамановского анализа проходят физические границы, и дать проверенные модели для будущих миссий. В дальнейшем концепцию хотят использовать при выборе районов для программ Artemis, оценке ресурсов астероидов и планировании применения местных ресурсов для космических миссий на Марсе.