Como sabe cualquier mochilero experimentado, para aprovechar al máximo una aventura, un buen mapa ayuda. No es diferente para el primer rover robótico lunar de la NASA programado para su entrega a la luna a fines de 2023 para buscar hielo y otros recursos en y debajo de la superficie lunar. El Rover de exploración polar de investigación de volátiles, o VIPER, es parte del programa Artemis de la agencia. Sin una guía de viaje a la luna, los planificadores de misiones VIPER crean nuevos mapas digitales de elevación de alta resolución de la superficie lunar.

Cuando esté equipado con estos mapas, el rover estará en una mejor posición para cruzar la Luna de manera segura y eficiente mientras busca recursos en el Polo Sur Lunar. El hielo es un recurso de particular interés científico porque puede tener aplicaciones si se encuentra en el espacio y se convierte en otros recursos para continuar nuestra exploración del sistema solar, como el oxígeno y el combustible de cohetes.

A una escala de aproximadamente tres pies (un metro), estos mapas proporcionan un modelo 3D de grandes extensiones de tierra en el Polo Sur Lunar y muestran las condiciones de iluminación y temperatura en constante cambio causadas por largas sombras que recorren el paisaje.

Ilustración del rover de exploración polar de investigación de volátiles de la NASA (VIPER) en la superficie de la Luna. Crédito: NASA Ames / Daniel Rutter

Además de evitar que el rover se vuelque en los bordes de los cráteres escarpados, esta vista cercana de la superficie de la Luna proporciona a los planificadores de la misión información vital para garantizar que las baterías solares del rover permanezcan cargadas y guiar al rover hacia lugares seguros para hibernar durante los apagones comunicarse con las operaciones de la misión en la Tierra.

«Estamos enviando VIPER a uno de los entornos más dinámicos de la Luna, y el rover tiene que ser capaz de tomar lo que da la Luna», dijo Anthony Colaprete, científico del proyecto VIPER en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Estados Unidos. Silicon Valley en California. “Es por eso que estamos creando estos mapas únicos, a escala humana, para ayudarnos a planificar cuidadosamente las rutas del rover mientras opera de manera segura y recopila la mejor ciencia posible. «

Los mapas ya revelan nuevas características de interés científico en la superficie de la Luna, incluidas muchas «mini trampas frías», que son bolsas sombreadas en la superficie lunar de 6 a 16 pies (2 a 5 metros) de diámetro, que podrían ser lo suficientemente frías para el hielo. potencialmente recolectar. Estas micro trampas frías ofrecen áreas para explorar además de los cráteres mucho más profundos y antiguos que son el foco de la misión VIPER.

Una espectacular vista oblicua del borde del cráter Shackleton cerca del Polo Sur de la Luna. El cráter tiene aproximadamente 13 millas (21 kilómetros) de diámetro. Aunque ningún lugar de la Luna permanece iluminado permanentemente, tres puntos en el borde permanecen colectivamente iluminados por el sol durante más del 90% del año. Estos puntos están rodeados de depresiones topográficas que nunca reciben luz solar, creando trampas frías que pueden capturar hielo. La cámara de ángulo estrecho a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA tomó esta foto el 1 de agosto de 2006. Crédito: NASA / GSFC / Arizona State University

«Estábamos pensando en la acumulación de hielo de agua sólo en los cráteres profundos y oscuros de la Luna», dijo Colaprete. “Pero ahora creemos que incluso los pequeños cráteres sombreados pueden ser lo suficientemente fríos como para contener moléculas de agua. Estas pequeñas trampas frías son mucho más comunes que sus contrapartes más grandes, por lo que comprender cómo pueden almacenar agua es importante para responder a la pregunta más amplia del comportamiento del agua en la Luna.

Para crear los mapas de elevación, un equipo de Ames utiliza la herramienta de software Stereo Pipeline de código abierto de la NASA y el poder de procesamiento de la supercomputadora Ames Pleiades para superponer miles de imágenes satelitales tomadas por cámaras de alta velocidad a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter.

Los ingenieros combinan estas poderosas herramientas y experiencia con una capacidad de procesamiento de fotografías llamada fotoclinometría. Esta técnica, también conocida como «forma a partir del sombreado», combina los ángulos conocidos de la luz solar con los niveles de gris de muchas imágenes bidimensionales para inferir las formas tridimensionales de la superficie lunar. El modelo resultante del terreno lunar permite a los ingenieros calcular cómo juegan la luz y las sombras en la superficie en cualquier momento del pasado o del futuro. Por ejemplo, utilizando el modelo, pueden predecir la iluminación cuándo y dónde aterrizará el rover, y planificar los movimientos del rover para mantenerlo al sol y evitar las sombras.

Ilustración del rover de exploración polar de investigación de volátiles de la NASA (VIPER) en la superficie de la Luna. Crédito: NASA Ames / Daniel Rutter

Con las condiciones de iluminación conocidas, el equipo puede crear mapas de temperatura detallados en el terreno variado, en la superficie y hasta un poco más de 8 pies (2,5 metros) por debajo. Las temperaturas pueden fluctuar significativamente entre 400 grados bajo cero y 170 grados Fahrenheit, lo que hace que la superficie de la Luna sea un tablero de ajedrez de ubicaciones potencialmente prometedoras y altamente improbables para detectar hielo. Equipado con estos nuevos mapas, el equipo puede elegir lugares donde se pueda encontrar hielo y enviar a VIPER para que muestre y verifique si está apareciendo hielo y, de ser así, qué tan estable es en diversas condiciones lunares.

“Estos mapas de alta resolución han cambiado completamente nuestra forma de pensar”, dijo Kimberly Ennico Smith, científica asociada del proyecto VIPER en Ames. “Estamos empezando a ver cuán extremadamente variadas son las condiciones del suelo en la Luna, incluso en áreas que alguna vez pensamos que eran bastante uniformes. Esto nos permitirá ubicar los sitios de perforación del rover con mucha más precisión y nos llevará a recopilar datos científicos aún mejores. »

Los miembros del equipo VIPER encargados de hacer que el rover zumbe tienen un gran interés en ver a qué se enfrentará el rover día a día, o más bien minuto a minuto.

“Las sombras se mueven alrededor del Polo Sur de la Luna aproximadamente a la misma velocidad que el rover”, dijo Mark Shirley, gerente de planificación de operaciones de la misión en Ames. «Tenemos que planificar con anticipación para evitar que VIPER sea superado por la oscuridad; no hay mucho margen de error».