Любой опытный путешественник знает, что получить от приключения максимум удовольствия поможет хорошая карта. То же самое и с первым лунным роботом-вездеходом NASA, который планируется доставить на Луну в конце 2023 года для поиска льда и других ресурсов на поверхности Луны и под ней. Аппарат Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, или VIPER, является частью программы агентства Artemis. За неимением подробного путеводителя по Луне разработчики миссий VIPER создают новые цифровые карты с высоким разрешением всей лунной поверхности.
С этими картами марсоход будет в лучшем положении, чтобы безопасно и эффективно пересекать Луну, ища ресурсы на Южном полюсе. Лед является объектом, представляющим особый научный интерес, поскольку он может найти применение, если будет обнаружен в космосе и преобразован в другие материалы необходимые для дальнейшего изучения Солнечной системы, такие как кислород и ракетное топливо.
В масштабе около одного метра эти карты представляют собой трехмерную модель больших участков местности на Южном полюсе Луны и показывают постоянно меняющиеся условия освещения и температуры, вызванные длинными тенями, которые проносятся по ландшафту.
Помимо предотвращения опрокидывания марсохода по краям крутых кратеров, этот близкий вид поверхности Луны предоставляет планировщикам миссий важную информацию, чтобы гарантировать, что солнечные батареи ровера будут оставаться заряженными, и, при необходимости, направлять аппарат к безопасным местам для перехода в спящий режим во время общения и отключения питания во время миссий.
Карты уже выявляют новые объекты на поверхности Луны, представляющие научный интерес, в том числе многочисленные "мини-холодные ловушки" — затененные карманы на поверхности Луны диаметром от 2 до 5 метров, которые могут быть достаточно холодными для хранения льда, который можно собирать. Эти холодные микроловушки предлагают области для исследования в дополнение к гораздо более глубоким и старым кратерам, которые являются основным направлением миссии VIPER.
Для создания карт высот команда использует программный инструмент NASA Stereo Pipeline с открытым исходным кодом, а также вычислительную мощность суперкомпьютера Pleiades для наложения тысяч спутниковых изображений, сделанных камерами на борту лунного разведывательного орбитального аппарата .
Инженеры объединяют эти мощные инструменты и опыт с возможностью обработки фотографий, называемой фотоклинометрией. Этот метод, также известный как "форма от затенения", объединяет известные углы солнечного света с уровнями оттенков серого многих двумерных изображений, чтобы вывести трехмерные формы лунной поверхности. Полученная в результате модель лунного ландшафта позволяет инженерам рассчитать, как свет и тени отражаются на поверхности в любое время в прошлом или будущем. Например, с помощью модели они могут прогнозировать освещение в то время и в месте, где марсоход приземлится, и планировать движения марсохода, чтобы он оставался на солнце и избегал теней.
При известных условиях освещения команда может создавать подробные температурные карты на разнообразной местности, на поверхности и на глубине чуть более 2,5 метра. Температура может сильно колебаться от 400 градусов ниже нуля до 170 градусов по Фаренгейту, что делает поверхность Луны шахматной доской потенциально многообещающих и очень маловероятных мест для обнаружения льда. Оснащенная этими новыми картами, команда может выбрать места, где может быть лед, и отправить VIPER на пробу и проверить, появляется ли лед, и если да, то насколько он стабилен в различных лунных условиях.
Команда надеется, что новые модели позволят максимально точно рассчитывать каждый шаг ровера, и, в конечном счете, свести к минимуму риск возникновения внештатных ситуаций.