Новий прилад CoRaLS допоможе знайти лід на Місяці

Чи можна використати космічні промені, які постійно бомбардують місячну поверхню, для виявлення підповерхневих покладів водяного льоду? Саме це питання намагається вирішити команда дослідників, яка розробила інноваційний метод під назвою Cosmic Ray Lunar Sounder (CoRaLS). Цей прилад здатен виявляти запаси водяного льоду на Місяці, які залишаються недосяжними для сучасних радарних систем. Результати цього дослідження, представлені на 56-й конференції з місячної та планетарної науки (LPSC), можуть суттєво сприяти розширенню присутності людини на Місяці, адже водяний лід є ключовим ресурсом для майбутніх місій Artemis, особливо в постійно затінених регіонах (PSR) на полюсах супутника.

Доктор Крістіан Тай Удовічіч, науковий співробітник Інституту геофізики та планетології Гаваїв, пояснює, що головною мотивацією для створення CoRaLS стало прагнення знайти водяний лід, який досі вислизає від науковців, у полярних регіонах Місяця. Відомо, що певна кількість льоду існує в ультрахолодних кратерах, куди ніколи не потрапляє сонячне світло, але наразі немає переконливих доказів існування поверхневих або приповерхневих шарів льоду на глибині кількох метрів. Традиційні радарні методи, які потребують потужної антени для випромінювання радіохвиль, здатні проникати лише на кілька метрів углиб. Натомість CoRaLS використовує зовсім інший підхід: він «слухає» радіохвилі, що виникають від взаємодії космічних променів надвисокої енергії з місячним реголітом. Ці сигнали можуть розкрити присутність льоду на глибині від 5 до 10 метрів, що раніше було неможливим.

На відміну від Землі, яка захищена магнітним полем та озоновим шаром від шкідливого сонячного та космічного випромінювання, Місяць не має атмосфери. Через це його поверхня постійно зазнає впливу смертельної радіації, що створює значні труднощі для майбутніх астронавтів, які планують працювати та жити там без належного захисту. Традиційні радари отримують дані, вимірюючи енергію, відбиту від поверхні, але їхня глибина проникнення обмежена. CoRaLS же використовує ефект Аскаряна — явище, коли космічні промені, взаємодіючи з місячним ґрунтом, створюють радіоімпульси, які можна виявити на глибині до кількох десятків метрів. За допомогою комп’ютерного моделювання дослідники імітували дворічну місію CoRaLS на орбіті Місяця, щоб оцінити, скільки покладів водяного льоду в PSR він зможе виявити. Результати показали, що прилад здатен зафіксувати понад 100 виявлень льоду товщиною 1 метр у цих регіонах.

Та чи залежить кількість виявлень від глибини або товщини льоду? Доктор Удовічіч зазначає, що оскільки точні характеристики підповерхневого льоду на Місяці поки невідомі, команда працює над серією симуляцій, які враховують різні сценарії. У найоптимістичніших прогнозах CoRaLS перевищить позначку в 100 виявлень за два роки. Однак якщо шари льоду менш виражені, глибші чи рідкісніші, ніж передбачалося, кількість виявлень може зменшитися. У будь-якому разі CoRaLS надасть ключову інформацію про розташування, глибину та чистоту льоду на місячних полюсах — навіть якщо він не виявить жодного шару, що малоймовірно.

Наразі CoRaLS перебуває в активній фазі розробки і вже досяг значного прогресу в рамках системи оцінки технологічної готовності NASA (TRL). Ця шкала від 1 до 9 оцінює зрілість технології: від базових ідей (TRL 1) до готового прототипу, який працює в космосі (TRL 9). Згідно з дослідженням, підсистеми CoRaLS мають досягти рівня TRL 3–5 у 2025 році, що означає підтвердження концепції, функціонування компонентів у лабораторії та в релевантному середовищі. До 2026 року всі системи приладу планують довести до TRL 6 — демонстрація успішного прототипу на землі чи в космосі. Наступним кроком стане збирання всіх компонентів — електроніки, системи розгортання та програмного забезпечення — у повністю функціональний прилад, який зможе виявляти імітовані сигнали космічних променів і витримувати умови космічного середовища. Після цього CoRaLS буде готовий конкурувати за місце на майбутній орбітальній місії до Місяця.

Пошук водяного льоду в PSR є пріоритетом через їхнє унікальне розташування на полюсах Місяця, де через нахил осі супутника в 5 градусів сонячне світло ніколи не досягає дна деяких кратерів. Програма Artemis від NASA планує висадку астронавтів поблизу цих регіонів, щоб видобувати лід для питної води, кисню чи палива. Це значно зменшить потребу в доставці води з Землі завдяки практиці використання місцевих ресурсів (ISRU), відомій як «життя від землі». Якщо CoRaLS стане реальністю, він зможе вказати, де саме шукати великі поклади льоду, що стане неоціненною підтримкою для Artemis і, можливо, навіть для майбутніх марсіанських місій. Доктор Удовічіч підкреслює, що прилад ідеально вписується в стратегію NASA «від Місяця до Марса», адже водяний лід може бути перероблений у ракетне паливо.

Поки CoRaLS проходить етапи розробки, команда доктора Удовічіча активно працює над вдосконаленням технології. Нещодавнє дослідження, яке розширює результати LPSC, показало, що їхній метод здатен виявляти шари льоду товщиною лише 10 сантиметрів на глибині до 9 метрів. Як CoRaLS допоможе знайти водяний лід на Місяці в найближчі роки та десятиліття? Відповідь на це питання дасть лише час, але вже зараз зрозуміло, що ця технологія відкриває нові горизонти для науки та освоєння космосу. Продовжуйте досліджувати та дивитися вгору!