NASA 已宣布其首個專為阿提米斯(Artemis)太空人部署於月球表面而設計的酬載(payload)已「放下工具」,完成開發。負責 NASA 月球環境監測站(Lunar Environment Monitoring Station,簡稱 LEMS)的工程師已完成硬體開發與測試,該酬載已準備好前往月球南極附近的永久家園。隨著硬體就緒,LEMS 將能支援阿提米斯計畫的核心目標之一:實現持續性的月球科學與探索。
LEMS 儀器套件包含兩個高靈敏度地震儀,將監測月震與隕石撞擊引起的地面振動,為科學家提供關於月球內部以及太空人可能在月球表面遭遇的地震危害的深入見解。其模組化設計允許未來適配或擴充以搭載新儀器,創建一個可重複使用的平台,隨著科學優先事項的增長而演進。
該酬載將保留在 NASA 位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的無塵室中,直到被指派給某個阿提米斯任務,以便部署到月球表面。
「LEMS 科學儀器的完成,是月球表面科學新時代的一個重要里程碑。創新的科學實驗將揭示、測量並展現月球的秘密,同時太空人將開拓新的發現前沿。」NASA 總部科學任務理事會(Science Mission Directorate)的探測副助理署長 Joel Kearns 表示。「而在幕後,NASA 及其合作夥伴的無數團隊正在突破表面儀器能力的極限,建造將使未來探索成為可能且更安全的工具。」
LEMS 酬載建立在月球地震監測的傳承之上。阿波羅太空人在 1969 年至 1972 年間於月球近端的赤道區域部署了一個地震儀網絡。這些儀器一直運行到 1977 年,記錄了約 13,000 次月震和其他地面振動,幫助科學家開始了解月球內部的組成。數十年來,研究人員一直希望在月球表面部署更多配備新技術的地震儀。
現在,LEMS 將攜帶未來太空人部署的第一批地震儀,以偵測微弱的地面振動,收集關於月球內部結構和持續地震活動的新線索。這些感測器將是有史以來為行星探索建造的最緊湊、最靈敏且最節能的地震儀。
LEMS 本身大約有一個小行李箱大小,在月球低重力環境下重約 11 磅。它不僅將攜帶這些地震感測器,還將攜帶所有獨立運作所需的一切。LEMS 的設計能夠透過輕巧、可撓曲的太陽能陣列自行管理電力生產,該陣列可貼合 LEMS 單元的外形。它還將管理其操作活動,確保根據預設計畫進行連續數據收集,並每月將數據傳輸回地球。酬載將在完成所有這些工作的同時,在月球南極地區巨大的晝夜溫差下,維持穩定的內部溫度。
「當我們構思 LEMS 時,我們不僅考慮了下一個任務,還考慮了下一代的月球探索。」領導 NASA 戈達德 LEMS 的馬里蘭大學巴爾的摩郡分校(University of Maryland Baltimore County)科學家 Mehdi Benna 表示。「我們的願景是為月球創建一個科學浮標。就像地球上的海洋浮標一樣,LEMS 的設計易於建造,可適應不同的科學目標,並能在數年內獨立運行。」
在任何月球表面科學發生之前,Benna 和他的團隊必須確保 LEMS 能夠承受前往月球的旅程以及月球表面的嚴酷環境。在過去五個月中,LEMS 及其組件經歷了一系列嚴苛的環境和操作測試。工程師們驗證了 LEMS 能夠承受發射時的劇烈震動、前往月球表面的旅程,以及月球的溫度和輻射環境。團隊還證明了該儀器套件的機械和電氣設計對太空人處理是安全的。
LEMS 酬載的設計能夠在持續兩週的月球夜晚中運行,無需外部電力輔助或熱源。過去的月球表面儀器依賴放射性同位素加熱器來保暖和供電。但 LEMS 將透過先進的隔熱材料、最大限度減少熱量損失的低熱導率電纜,以及一個在白天導走熱量以防止過熱並在夜間幫助保溫的熱調節器,來承受某些區域低至零下 400 華氏度的溫度。
這些創新減少了質量和電力需求,為更輕便、更節能的儀器奠定了基礎,這些儀器將能在未來的阿提米斯著陸點和 NASA 主導的月球基地持續運行。