NASA的寻找水工具将有助于探索月球南极

NASA正在与国际合作伙伴一起寻找月球上的冰，以支持未来的载人探索。该机构正在为由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和印度空间研究组织（ISRO）领导的月球极地探索（LUPEX）任务提供一个水探测仪器——中子谱仪系统（NSS）。  

该仪器将检测月球表面下的冰，计划安装在LUPEX的月球车上，预计不迟于2028年到达月球。NASA对LUPEX的支持是正在进行的努力的一部分，旨在识别和 characterizing 月球水和其他在月球南极附近容易蒸发的材料。 

水是NASA计划在月球上建立长期存在的重要材料。与其仅仅依赖从地球带来的资源，宇航员可以利用月球上的水来获取 breathable air、火箭燃料等。第一步是找到靠近表面的有意义的水的沉积物，以标记未来宇航员的潜在着陆区域。月球上的水大多存在于月球风化层内的分子中，月球风化层是覆盖月球表面的尘土和岩石材料，但在月球南极的表面下可能有冰的沉积物。一旦我们更好地了解可用资源的数量和质量，我们就可以学习如何利用这些资源进行探索。  

“我们目前对月球冰在小尺度上的分布了解存在空白，从几十厘米到几十公里，”加州硅谷的NASA艾姆斯研究中心的NSS负责人里克·埃尔菲克说，该仪器是在加州帕洛阿尔托的洛克希德·马丁先进技术中心的合作下开发的。“要了解月球冰的‘哪里’和‘有多少’，唯一的办法就是在这些尺度上探索表面。”  

中子如何信号水

科学家们可以在不钻入月球表面的情况下寻找水。相反，他们寻找氢的浓度，即H₂O中的H。过去的月球轨道任务在月球两极发现了水的迹象，但需要地面任务来绘制详细的地点和数量地图。  

像NSS这样的仪器可以通过检测与中子的相互作用来推断氢的存在。中子在月壤中不断震动，它们的大小与氢原子差不多。当这两个粒子相互作用时，从土壤中喷出的中能中子较少。中能中子的缺失表明更多的粒子与地下氢相互作用，这种缺失可以用合适的工具进行测量。  

月球土壤中包含有氢，而氢会吸收中子并将其反弹出来。NSS仪器使用“气体比例计数器”来检测这些从月壤中反弹出来的中子。它有两个管子，里面含有非常敏感的名为氦-3的稀有气体。当中子撞击到氦-3气体原子时，气体会产生电脉冲，这些电脉冲可以被计数，从而推断出地下三英尺内氢的存在和数量。  

系列水猎人

对月球水的持续调查将有助于了解未来宇航员如何获取它。为此，NASA艾姆斯的研究人员开发了一系列NSS仪器，旨在搭载在不同的任务中，调查月球南极的地点。  

该系列中的第一个登月NSS仪器搭载在Astrobotic的Peregrine着陆器上， Astrobotic Peregrine Mission One，于2024年1月发射。那次任务没有成功降落在月球表面，但NSS在为期10天的任务中多次启动并运行。  

NASA的VIPER（挥发物调查极地探测车）任务是阿波罗计划的一部分，将搭载另一个NSS。作为NASA 持续的商业月球有效载荷服务努力的一部分，第四台NSS仪器将搭载由匹兹堡卡内基梅隆大学开发的“微探测车”MoonRanger。  

“即将到来的三次NSS月球车探险将告诉我们月球上哪些地方最有可能存在冰，”Elphic说。“然后可以计划前往类似有冰的地点进行月表任务。” 

中子能谱仪系统由NASA艾姆斯研究中心和位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的洛克希德·马丁先进技术中心联合开发。