L'Arizona State University (ASU) développe un petit satellite qui recherchera l'hydrogène dans les cratères lunaires dans le but ultime de créer la carte la plus détaillée des dépôts d'eau de la lune. Le vaisseau spatial, nommé Lunar Polar Hydrogen Mapper (LunaH-Map), devrait jeter un nouvel éclairage sur la profondeur et la répartition de la glace d'eau sur la lune.

LunaH-Map est un CubeSat à six unités avec des dimensions de 3,9 × 7,9 × 11,8 pouces (10 × 20 × 30 centimètres) et une masse d'environ 30 lb. (14 kilogrammes). Le satellite de la taille d'une boîte à chaussures devrait être lancé en septembre 2018 dans le cadre de la mission d'exploration 1 (EM-1) de la NASA qui enverra un vaisseau spatial Orion sans équipage faire un voyage autour de la lune. Le CubeSat sera inséré dans un très elliptique, faible périlune (3,1 à 6,2 milles, ou 5 à 10 kilomètres) orbite centrée autour du pôle Sud de la lune.

L'orbiteur passera environ 60 jours à effectuer des recherches, accomplir 141 orbites scientifiques. Bien que LunaH-Map soit plus petit que les missions typiques de la NASA et moins cher que les sondes précédentes envoyées sur la lune, les attentes sont très élevées pour ce vaisseau spatial construit par une université.

"LunaH-Map a le potentiel de renvoyer des cartes haute résolution des comptes de neutrons au-dessus du pôle sud de la lune, révélant tout enrichissement significatif de la glace d'eau dans les régions ombragées en permanence. Ces cartes pourraient être utilisées pour mieux comprendre les sources et les puits de substances volatiles dans notre système solaire, ainsi que pour déterminer les futurs emplacements d'atterrissage pour les rovers ou même les humains, " Craig Hardgrove, Le chercheur principal de LunaH-Map à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU a déclaré à Astrowatch.net.

Afin de cartographier avec succès les dépôts d'eau sur la lune, LunaH-Map utilisera ses deux spectromètres à neutrons identiques constitués d'un réseau de huit elpasolites (Cs 2 YLiCl 6 :Ce ou CLYC) scintillateurs chacun. Une matrice a une épaisseur d'environ deux centimètres et un volume d'environ 100 centimètres carrés.

Les spectromètres cartographieront la distribution de l'hydrogène à une échelle spatiale égale à environ une fois et demie l'altitude orbitale. Les instruments cartographieront l'hydrogène dans des cratères ombragés en permanence pour déterminer sa distribution spatiale; cartographier les distributions d'hydrogène avec une profondeur maximale d'un mètre ainsi que sa distribution dans d'autres régions ombragées en permanence à travers le pôle Sud. En conséquence, LunaH-Map devrait produire des cartes de l'hydrogène près de la surface à des échelles spatiales sans précédent d'environ 7,5 kilomètres/pixel.

"Les spectromètres à neutrons recherchent l'épuisement de la quantité de neutrons de haute énergie s'échappant de la surface lunaire et l'utilisent comme indicateur de la quantité d'hydrogène et donc de glace d'eau qui pourrait être contenue dans le régolithe lunaire. Le détecteur utilise un réseau de cristaux scintillateurs qui produisent un petit éclair de lumière lorsqu'ils sont touchés par un neutron. L'énergie associée à chaque éclair de lumière est comptée dans l'électronique du détecteur et peut être utilisée pour produire une carte des taux de comptage des neutrons sur la surface lunaire, " a déclaré Hardgrove.

Étant donné que la glace d'eau est enrichie aux pôles de la lune, en particulier dans les régions qui sont dans l'ombre permanente, LunaH-Map survolera plusieurs de ces régions plusieurs fois à très basse altitude. Il acquerra des comptes de neutrons qui peuvent être liés à l'abondance d'hydrogène dans le mètre supérieur de la surface lunaire. La faible altitude (moins de 10 kilomètres au-dessus de la surface) permettra à l'engin spatial d'améliorer les cartes des régions ombragées en permanence en "voyant" toutes les régions qui sont substantiellement enrichies en hydrogène.

L'équipe de la mission réfléchit à la possibilité d'équiper le vaisseau spatial LunaH-Map d'une petite caméra couleur. Cependant, un tel instrument d'imagerie couleur n'est pas nécessaire pour la mission scientifique principale de la sonde, par conséquent, le traqueur d'étoiles de LunaH-Map pourrait être utilisé comme une caméra noir et blanc.

En plus de mener des recherches scientifiques, LunaH-Map fera également la démonstration de plusieurs nouvelles technologies qui pourraient être très utiles dans les futures missions dans l'espace lointain CubeSat. Il s'agit d'un système de propulsion très efficace qui produit une très faible poussée qui, au fil du temps, peut suffisamment modifier la vitesse de l'engin spatial, allowing the spacecraft to achieve lunar orbit. In addition to the ion propulsion system, LunaH-Map will test a new deep-space radio for CubeSats, new solar arrays that provide higher power, a new flight computer and attitude control system, and a new science instrument.

"The demonstrated success of any one of these technologies will be a fantastic achievement for deep space CubeSats, " Hardgrove said.

He also underlined the importance of this mission for ASU. Although LunaH-Map is not the first planetary science mission for which ASU has provided instrumentation or science expertise, LunaH-Map is the first full planetary science mission to be led by ASU and the School of Earth and Exploration.

"The School of Earth and Space Exploration brings together scientists and engineers across multiple disciplines, and the selection of LunaH-Map, and more recently Psyche and Lucy, demonstrate that NASA is interested in supporting this model of ground-up, interdisciplinary, development of planetary science missions. The success of all these missions will not only enhance our knowledge of the solar system, but hopefully provide inspiration to Arizona students and excellent opportunities to engage ASU students, faculty and staff in missions of exploration across multiple disciplines, " Hardgrove concluded.

On its way towards the launch in September 2018, LunaH-Map has already passed a Preliminary Design Review in August 2016 and is scheduled for a Critical Design Review in May 2017.