MoonRanger, un petit rover robotique développé par l'Université Carnegie Mellon et son spin-off Astrobotic, a terminé son examen de conception préliminaire en vue d'une mission 2022 pour rechercher des signes d'eau au pôle sud de la lune.

L'existence de la glace enfouie en quantités utiles est l'une des questions les plus urgentes de l'exploration lunaire, et MoonRanger sera le premier à en chercher des preuves sur le terrain. S'il est trouvé en concentration suffisante dans des endroits accessibles, la glace pourrait être la ressource la plus précieuse du système solaire, dit William "Red" Whittaker, Professeur de recherche des fondateurs de l'université à l'Institut de robotique.

"L'eau est la clé de la présence humaine et de l'utilisation de la lune, " a expliqué Whittaker, qui dirige le développement de MoonRanger. "Les agences spatiales du monde entier ont l'intention de l'enquêter."

Whittaker et son équipe ont d'abord approché la NASA au sujet de l'utilisation de robots pour rechercher de la glace lunaire en 1996, et ils réaliseront cette vision un quart de siècle plus tard en atterrissant en 2022.

"Cela n'a pas été rapide ou facile, " Whittaker a déclaré. " C'est étonnant qu'après ces nombreuses années, nous aurons le premier regard. "

La NASA suivra MoonRanger à une date ultérieure avec son plus performant Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), qui effectuera une exploration et une caractérisation scientifique plus rigoureuses et soutenues de la glace.

L'atterrisseur de MoonRanger sera le XL-1 de Masten Space Systems, soutenu par le programme Commercial Lunar Payload Services de la NASA. Le rover sera l'une des huit charges utiles scientifiques et technologiques, qui sont pris en charge par le programme Lunar Surface Instrument and Technology Payloads de la NASA.

L'agence spatiale a déclaré que les charges utiles soutenaient son programme Artemis, qui vise à ramener les astronautes américains sur la Lune dans les années à venir.

Le mois dernier, les examinateurs ont déterminé la viabilité de la conception du rover et de sa mission. Lydie Schweitzer, un étudiant à la maîtrise en conception informatique qui a dirigé l'équipe d'ingénierie des systèmes, a déclaré que l'examen de deux jours a impliqué plus de 60 personnes, dont des vétérans du programme Apollo et du projet de rover Mars, qui ont fourni des suggestions et des commentaires importants.

Schweitzer a déclaré que le projet impliquait une douzaine de professeurs et de membres du personnel, ainsi qu'au moins 90 étudiants, y compris trois semestres d'inscrits au cours de projet de Whittaker. Les disciplines représentées dans l'équipe comprennent l'ingénierie, robotique, l'informatique, génie logiciel, interaction homme machine, architecture et conception. L'équipe a également profité d'un réseau d'anciens élèves de la CMU possédant une expertise en robotique spatiale pour résoudre des problèmes et optimiser la conception du rover.

Alors même que MoonRanger prend forme, Whittaker et une autre équipe d'étudiants continuent de se préparer pour une mission en 2021 dans laquelle un rover CMU de quatre livres appelé Iris et un ensemble d'art CMU appelé MoonArk se rendront sur la lune sur l'atterrisseur Peregrine d'Astrobotic.

MoonRanger présente un certain nombre d'innovations techniques. Environ la taille d'une valise, il est conçu pour explorer à plusieurs reprises au taux de 1, 000 mètres par jour terrestre dans des conditions ensoleillées et sombres, une vitesse sans précédent pour un rover planétaire. Par contre, un robot chinois maintenant sur la face cachée de la lune a parcouru en moyenne moins d'un mètre par jour terrestre.

Contrairement aux autres rovers, MoonRanger ne transporte pas de chauffage isotopique, de sorte que sa batterie et son électronique tomberont en panne à la tombée de la nuit et que les températures cryogéniques s'installeront. Par conséquent, le robot doit accomplir sa mission en moins des 14 jours terrestres ensoleillés du mois lunaire. Il est également léger et ne peut pas transporter une grosse radio pour communiquer directement avec la Terre. Il doit donc retourner à l'atterrisseur, avec lequel il établira une communication sans fil à courte portée afin que la radio de l'atterrisseur puisse relayer les découvertes du robot à la Terre.

"MoonRanger va être seul pendant de longues périodes, " a déclaré David Wettergreen, enseignant-chercheur en robotique et co-investigateur du projet rover, notant que le rover sera déconnecté des contrôleurs sur Terre pendant ses explorations

La mission a été conçue à l'origine pour démontrer la capacité du rover. Mais la NASA l'a élargi ce printemps pour inclure la recherche de glace en ajoutant son système de spectromètre à neutrons (NSS) à MoonRanger. Le SNS, développé par le centre de recherche Ames de la NASA, mesure la quantité d'hydrogène dans la couche supérieure du sol lunaire, appelé régolithe. L'abondance d'hydrogène est corrélée à la concentration de glace d'eau enfouie. Le NSS sera de la partie, « comme un compteur Geiger » lorsque le rover passe sur de la glace enfouie, puis se taire dans les zones sèches, dit Whittaker.

Le panneau solaire du rover est orienté verticalement pour capturer les faibles angles du soleil rencontrés au pôle. Le soleil bas signifie également que les cratères et les creux sont profonds, ombres noires. Le rover, donc, devra sentir et naviguer dans les ténèbres – une autre première. Étant donné que les capteurs LIDAR couramment utilisés par les robots terrestres ne sont pas encore disponibles pour les petits rovers spatiaux, MoonRanger réalise une vision nocturne en projetant des lignes laser devant lui pour modéliser le terrain assombri, tout comme les caméras stéréo le font au soleil.

Une fois posé sur la lune, MoonRanger évaluera sa conduite, capacités de navigation et de cartographie lors de courtes escapades à proximité de l'atterrisseur. Il tentera ensuite une série de randonnées lointaines à la recherche de glace.

"Si nous pouvions faire un voyage d'un kilomètre, nous serions très heureux, " Wettergreen a dit. " Si nous pouvions le faire deux fois, ce serait génial."

L'incertitude est incontournable pour une mission aussi ambitieuse que MoonRanger, dit Whittaker.

« Face à cela, il n'y a que la question de savoir s'il faut le faire quand même, " a-t-il ajouté. " Cela a tous les éléments du but, La technologie, exploration, science et réalisation de la vision. Ceux-ci ne laissent aucun doute sur le fait d'y aller et de tout donner."