خريطة الهيدروجين القطبية القمرية

كان جهاز رسم خرائط الهيدروجين القطبي القمري ، أو LunaH-Map ، أحد الأقمار الصناعية المكعبة العشرة التي تم إطلاقها مع مهمة أرتميس 1 في 16 نوفمبر 2022. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

إلى جانب Lunar IceCube و LunIR ، كان من المقرر أن تساعد LunaH-Map في التحقيق في احتمال وجود جليد مائي على سطح القمر . ^{[ 1 ]}

بدأت جامعة ولاية أريزونا بتطوير مشروع LunaH-Map بعد فوزها بعقد من وكالة ناسا في أوائل عام 2015. وتألف فريق التطوير من حوالي 20 متخصصًا وطالبًا بقيادة كريج هاردجروف، الباحث الرئيسي. ^{[ 5 ]}

كانت المهمة جزءًا من برنامج SIMPLEx التابع لناسا . ^{[ 6 ]}

ربما بسبب تأخيرات إطلاق مركبة أرتميس 1 الفضائية لعدة أشهر بعد تركيب الأقمار الصناعية الصغيرة (كيوب سات) على صاروخها، ^{[ 7 ]} فشل نظام الدفع في العمل عند الحاجة لوضع المسبار في مدار قمري. وبذلك، فشل القمر الصناعي في مهمته العلمية الأساسية، ولكنه نجح في إثبات تقنية مطياف النيوترونات ، والتي ستُستخدم في مهمات مستقبلية. ^{[ 3 ]}

كان الهدف الرئيسي لمسبار لونا إتش-ماب هو رسم خريطة لوفرة الهيدروجين حتى عمق متر واحد تحت سطح القطب الجنوبي للقمر . وكان من المقرر وضعه في مدار قطبي حول القمر ، بحيث تكون نقطة حضيضه بالقرب من القطب الجنوبي، ويمر في البداية فوق فوهة شاكلتون . ^{[ 1 ]} سيوفر لونا إتش-ماب خريطة عالية الدقة لوفرة وتوزيع المركبات الغنية بالهيدروجين ، مثل الماء، في هذه المنطقة من القمر، وسيُكمّل الخرائط الأقل دقة التي رسمتها البعثات السابقة. ويمكن استخدام هذه المعلومات لتحسين الفهم العلمي لكيفية تكوّن الماء وانتشاره في جميع أنحاء النظام الشمسي ، أو استخدامها في البعثات المأهولة المستقبلية لدعم الحياة وإنتاج الوقود. ^{[ 8 ]}

تُستخدم نتائج مهمة LunaH-Map، إلى جانب مهمات CubeSat الأخرى بعيدة المدى مثل Mars Cube One ، في تصميم CubeSats المستقبلية بين الكواكب. ^{[ 9 ]}

انبثقت فكرة مشروع LunaH-Map من نقاش دار بين كريغ هاردغروف وإيغور لازبين، كبير مهندسي المشروع لاحقًا، حول مشاكل الدقة المكانية لأجهزة الكشف عن النيوترونات المختلفة المستخدمة حول المريخ . فأجهزة مثل جهاز قياس البياض الديناميكي للنيوترونات على متن مركبة كيوريوسيتي الجوالة لا تستطيع قياس سوى نصف قطر يبلغ حوالي 3 أمتار (9.8 قدم) من بين العجلات الخلفية للمركبة، بينما لا تستطيع أجهزة الكشف عن النيوترونات في المدار، مثل جهاز الكشف عن النيوترونات عالي الطاقة على متن مسبار مارس أوديسي عام 2001 ، توفير خرائط كبيرة وغير دقيقة إلا لمئات الكيلومترات المربعة. ^{[ 8 ]} وقد ظهرت مشاكل مماثلة في الخرائط المعاصرة لتوزيع الهيدروجين على سطح القمر، لذا صمم هاردغروف مشروع LunaH-Map ليدور في مدار أقرب إلى القطب الجنوبي للقمر من المركبات السابقة لتحسين دقة هذه الخرائط.  

بحلول أبريل 2015، شكّل هاردغروف فريقًا مؤلفًا من أعضاء من مؤسسات حكومية وأكاديمية وخاصة مختلفة، وأعدّ مقترحًا لوكالة ناسا. في أوائل عام 2015، كان القمر الصناعي LunaH-Map واحدًا من قمرين صناعيين مكعبين اختارتهما إدارة المهام العلمية التابعة لناسا من خلال برنامج المهام الابتكارية الصغيرة لاستكشاف الكواكب (SIMPLEx)، إلى جانب القمر الصناعي Q-PACE . ^{[ 8 ] [ 10 ]}

نظراً لنطاق هذه المهمة، كان لا بد من معالجة العديد من التحديات الفريدة في تنفيذ الأجهزة. عادةً ما تستخدم الأقمار الصناعية المكعبة (CubeSats) في المدار الأرضي المنخفض (LEO) أجهزة جاهزة ، أو قطع غيار متوفرة تجارياً لاستخدامات أخرى، ولكن لأن مهمة LunaH-Map صُممت للعمل لفترة أطول وقطع مسافة أبعد من معظم مهمات الأقمار الصناعية المكعبة في المدار الأرضي المنخفض، لم يكن من المتوقع أن تعمل قطع الغيار التجارية بكفاءة طوال مدة المهمة دون تعديل. أيضاً، وعلى عكس معظم الأقمار الصناعية المكعبة التقليدية، احتاجت LunaH-Map إلى تحديد مدارها المطلوب بعد مغادرة مركبة الإطلاق ، لذا كان لا بد من تزويدها بنظام دفع خاص بها. ^{[ 11 ]}

كان الجهاز العلمي الرئيسي عبارة عن كاشف نيوتروني وميضي مصنوع من الإلباسوليت (Cs₂YLiCl₆ _{: Ce} أو CLYC). هذه المادة عبارة عن مادة وميضية ، تتوهج بشكل ملحوظ عند تفاعلها مع النيوترونات الحرارية وفوق الحرارية . سيتألف كاشف النيوترونات الخاص بمشروع LunaH-Map من مصفوفة من ثمانية مواد وميضية من CLYC بأبعاد 2.5  ×  2.5  ×  2  سم. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

اختبرت مركبة LunaH-Map الفضائية العديد من التقنيات الجديدة بالإضافة إلى جهازها الأساسي. زُوّد القمر الصناعي المكعب بمحرك دفع أيوني من صنع شركة Busek يعمل بوقود اليود، الذي كان يُخزّن في صورة صلبة. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

كما تم اختبار برنامج الملاحة الآلية وطريقة جديدة لتحديد مواقع المركبات الفضائية باستخدام شبكة الفضاء العميق (DSN) خلال المهمة. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

في 16 نوفمبر 2022 ، أُطلق القمر الصناعي LunaH-Map ضمن مهمة أرتميس 1 من مركز كينيدي للفضاء. وانفصل عن منصة أوريون بعد 5 ساعات و33 دقيقة من الإطلاق. وتمكن مراقبو المحطة الأرضية من التواصل مع القمر الصناعي المكعب بعد ذلك بوقت قصير باستخدام شبكة الفضاء العميق التابعة لناسا. وبدأوا بتجهيز أنظمة المركبة الفضائية، لكنهم واجهوا مشاكل في نظام الدفع. ونتيجة لذلك، لم يُنفذ LunaH-Map المناورة المقررة خلال تحليقه بالقرب من القمر في 21 نوفمبر 2022. ^{[ 17 ]}  

على الرغم من العطل في نظام الدفع، أرسلت مركبة لونا إتش-ماب بعض البيانات، بما في ذلك النيوترونات التي رُصدت أثناء تحليقها، وصور عالية الارتفاع للقمر التُقطت بواسطة جهاز تتبع النجوم. وفي نوفمبر 2022، كانت ناسا تخطط لإجراء تجربة ملاحة آلية واختبارات تحديد المدى باستخدام شبكة الفضاء العميق . ^{[ 17 ]}

في يناير 2023، فوّتت المركبة الفضائية فرصة ثانية للدخول في مدار حول القمر، ثم نُظر في إرسالها في مهمة إلى كويكب قريب من الأرض . ^{[ 7 ]} باءت محاولات إصلاح صمام الدفع العالق بالتسخين بالفشل على مدى ستة أشهر، وفي مايو 2023، قررت ناسا أخيرًا إيقاف عمليات المهمة نهائيًا. ^{[ 3 ]} دخلت المركبة الفضائية مدارًا مستقرًا حول الشمس. ^{[ 18 ]}

تم التخطيط لإدراج تقنية مطياف النيوترونات التي تم إثبات نجاحها بواسطة LunaH-Map في مستكشف التصوير الطيفي القمري فولكان (Lunar-VISE). ^{[ 18 ]}

• أرتميس 1 §  الأقمار الصناعية المكعبة

• مهمة رسم خرائط الهيدروجين القطبي القمري: رسم خرائط توزيع الهيدروجين في المناطق المظللة بشكل دائم في القطب الجنوبي للقمر (عرض تقديمي لمجموعة تحليل استكشاف القمر، 2015)

• الموقع الرسمي
• مقابلة مع كريج هاردجروف على بودكاست ASU Connections