Lunar Flashlight

Lunar Flashlight (Türkçe: Ay feneri), gelecekte robotlar veya insanlar tarafından kullanılmak üzere Ay'daki su buzu çökellerini araştırmak, yerlerini saptamak, boyutunu ve bileşimini tahmin etmek için geliştirilen düşük maliyetli bir CubeSat Ay yörünge görevidir.
6U CubeSat formatındaki uzay aracı, Jet İtki Laboratuvarı (JPL), Goddard Uzay Uçuş Merkezi (GSFC), Georgia Teknoloji Enstitüsü (GT) ve NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nden bir ekip tarafından geliştirilmiştir. NASA Advanced Exploration Systems (AES) tarafından 2015'in başlarında Artemis 1 görevi için ikincil bir yük olarak 2022 yılında fırlatılmak üzere seçildi, fakat göreve dahil edileceği birleşme penceresini kaçırdı. Lunar Flashlight, Falcon 9 Block 5 üzerinde Hakuto-R Mission 1 ile birlikte ortaklaşa bir fırlatma için tekrar ortaya çıktı. Fırlatma, 11 Aralık 2022 tarihinde gerçekleştirildi.
Aracın itki sisteminde meydana gelen bir arıza, Lunar Flashlight'ın Ay çevresinde yörüngeye girememesine neden olmuş ve NASA bu görevi 12 Mayıs 2023 tarihinde sonlandırmıştır. Uzay aracı, eksantrik bir Dünya yörüngesinde çalışır durumda kalmaya devam etmektedir.
Tarihçe
NASA'nın Ay Kraterleri Gözlem ve Algılama Uydusu (LCROSS), Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ve Hindistan'ın Chandrayaan-1 Ay yörünge araçları ve diğer görevler, 2009 yılında Ay'ın yüksek enlemlerinde hem su (H2O), hem de hidroksil (OH−) çökellerini keşfettiler. Bu da, eser miktarda yüzeye tutunmuş veya bağlı suyun varlığını gösterdi. Bu görevlerle, kutup bölgelerinde gelecekteki iniş görevleri tarafından kullanılacak kadar buzlu su olabileceği, fakat dağılımın termal haritalarla uyumunun zor olduğu ortaya çıkarıldı.
Ay araştırma görevleri, uzay kaynaklarının kullanımını görev yapılarına dahil etmenin yolunu açmayı amaçlamaktadır. NASA'nın gelecekte Mars'a insanlı görev planlaması, gemiyi Dünya'ya geri göndermek için oksijen ve roket yakıtı yapmak üzere yerel doğal kaynaklardan yararlanmaya bağlıdır ve bir ay öncü görevi, bu tür yerinde kaynak kullanımı (ISRU) teknolojisini test etmek için elverişli bir konumdur.
Görev konsepti, Jet İtki Laboratuvarı (JPL), Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) ve NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nden bir ekip tarafından geliştirilmiş ve NASA'nın 2014 Mali Yılı için Advanced Exploration Systems'e (AES) önerilmiştir. Görev, 2015'in başlarında fon sağlanmak üzere seçildi.
Uzay aracı tasarımı
Orijinal tasarımında Lunar Flashlight uzay aracı, 6U CubeSat formatında veya 80 m2 güneş yelkeni ile hareket ettirilen bir gövde olarak kullanılacaktı. Bu güneş yelkeni aynı zamanda, seçilmiş kalıcı gölgeli bölgeleri Ay üzerinde aydınlatmak için bir yansıtıcı olarak da işlev görecekti. Bu sırada araç üzerindeki kızılötesi spektrometre, kaya/toz, regolit, su buzu, CO2, metan buzu (CH4) ve muhtemelen amonyak buzu (NH3) arasındaki yüzey bileşimsel karışımından yansıyan spektrumu tanısal olarak analiz edecekti. Aydınlatılan nokta, irtifadan yansıtılan yaklaşık çapında olacaktı.
Son tasarımda, Lunar Flashlight uzay aracı iki takım güneş paneli içerir. Blue Canyon Technologies (BCT) tarafından teslim edilen ve dağıtıcıdan serbest bırakıldığında devreye giren bir takım ve bir yanan telli açılma mekanizması ("burn wire") kullanan MMA tarafından sağlanan bir diğeri. Komuta ve Veri İşleme JPL tarafından geliştirilen Sphinx işlemcisi aracılığıyla, JPL tarafından geliştirilen FPrime yazılım çerçevesi (framework) kullanılarak oluşturulmuş uçuş yazılımı ile sağlanır. Uzay aracının yerleşik telsizi, JPL tarafından geliştirilen Iris telsizidir ve Space Dynamics Laboratory tarafından üretilmiştir. Uzay aracının durum kontrol sistemi (ADCS), bir BCT XACT-50 tarafından sağlanır. Uzay aracı, Lunar Orbital Insertion (LOI) için gereken itkiyi sağlamak amacıyla kimyasal bir itki sistemini içerir. Bu itki sistemi, Georgia Tech'in Glenn Lightsey Araştırma Grubu tarafından NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi ile işbirliği içinde tasarlanmış ve üretilmiştir. Son olarak, bilim aleti yükü kompakt Kısa Dalga Kızılötesi (SWIR) Lazer yansıtıcısıdır.
Genel bakış ve hedefler
Lunar Flashlight'ın amacı, Ay'ın güney kutbundaki kalıcı gölgeli bölgelerde 1-2 kilometre ölçeğindeki alanlarda açıkta bulunan su buzunun varlığını veya yokluğunu, ayrıca fiziksel durumunu belirlemek ve yoğunluk durumunu haritalandırmaktır. Bu görev, Ay'a ulaşacak ilk CubeSat'lardan biri ve su buzunu aramak için lazer kullanan ilk görev olacaktır. Lunar Flashlight tarafından toplanan herhangi bir kutupsal uçucu madde verisi, daha pahalı bir keşif aracının (rover) yerinde ölçümler ve kimyasal analizler yapması için en uygun iniş alanlarını gösterebilir. Uzay aracı, Ay kutup yörüngesine doğru manevra yapacak ve yakın kızılötesi lazerleriyle gölgeli kutup bölgelerine doğru ışık tutacak, bu esnada yerleşik spektrometre yüzey yansımasını ve bileşimini ölçecektir. Görevin baş araştırmacısı, NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nden Barbara Cohen'dir.
Bilimsel yük
Bu nano uydu üzerinde önerilen bilimsel yük; bir mercek, dikroik ışın demeti ayırıcıları ve birden fazla tek elemanlı algılayıcılardan oluşan bir kızılötesi spektrometredir. Bu, 6U CubeSat aracının 6 modülünden 2'sini kaplar. Durum kontrol sistemi (Blue Canyon Technologies XACT-50), komut ve veri işleme ile güç sistemleri 1,5U'yu kaplayacak. Iris telekomünikasyon sistemi ise 0,5U'yu kaplayacak.
Lunar Flashlight'ın bilimsel yükü, JPL'nin INSPIRE (Interplanetary Nano-Spacecraft Pathfinder In Relevant Environment), MARCO (Mars Cube One) ve Ay Mineraloji Haritalayıcısı (Moon Mineralogy Mapper M3) dahil olmak üzere spektrometrelerle olan deneyimini içeren birkaç önceki sistemden türetilmiştir. 6U CubeSat aracı; lityum iyon piller, ana devre kartı, MMA Design LLC tarafından üretilen HaWK güneş panelleri, yıldız takipçisi ve durum kontrolü için 3 eksenli tepki tekerlekleri gibi çoğunlukla ticari olarak temin edilen bileşenler kullanacaktır. CPU, "Rad-Tol Dependable Multiprocessor" işlemcidir. JPL, NASA Deep Space Network ile izlenecek olan X bandında, zamanlama, navigasyon ve telekomünikasyon ihtiyacını karşılayan Iris transponderini sağlayacaktır.
Uzay aracı tasarımı ve yörüngesi
Lunar Flashlight uzay aracı, ay doğrultusuna girişten sonra Falcon 9 ikinci kademesinden atıldı, akabinde 3 eksenli tepki tekerleklerine güç sağlamak için bir güneş sensörü ve güneş panelleri kullanacak. Aynı zamanda, Georgia Tech Space System Design Laboratory tarafından üretilen kimyasal tek terkip yakıtlı itki ve yönlendirme sistemini de sahiptir. İtki sistemi, hidrazin yerine kullanılan daha az toksik bir tek terkipli yakıt olan 2 kg AF-M315E ile birlikte 3U hacim kaplar. Karmaşık yakıt yönetim ünitesi eklemeli imalat kullanılarak üretildi.
İtici motor sorunları
Uçuşun ilk birkaç gününde (Aralık 2022), 4 roket motorunun 3'ünün beklenen performansın altında olduğu tespit edildi. Ocak 2023 itibarıyla, görev ekibi sorunu çözmek için çalışmalarını sürdürüyordu. Mayıs 2023'e kadar 3 iticiyle sınırlı düzeyde bir başarı elde edildi.
Yörünge
Uzay aracı yakın doğrusal halo yörüngesini kullanan ikinci araç olacak, ilki CAPSTONE göreviydi. Orijinal konsept, birden fazla Ay uçuşunu hedefleyen ve muhtemel bir Dünya yerçekimi yardımını da içeren bir yörünge öneriyordu. Seçilen yörüngeye bağlı olarak, fırlatmadan bir veya iki ay sonra Ay kutup yörüngesine yakalanacaktı.