NASA巧用重力 探月任務再創新猷

美國太空總署(NASA)即將展開一項突破性的探月任務，名為「月球拓荒者」(Lunar Trailblazer)。這顆小型衛星將搭乘SpaceX的獵鷹9號火箭，作為IM-2任務的一部分升空。其使命是繪製月球上的水分佈圖，揭示水的存在形式與移動軌跡。

在抵達月球之前，月球拓荒者將利用太陽、地球和月球的重力，耗時數月逐步調整軌道，最終進入月球軌道。這項任務是NASA商業月球載荷服務(CLPS)計劃的重要一環，預計不早於2月26日從甘迺迪太空中心的39A發射臺升空。

升空約48分鐘後，月球拓荒者將與火箭分離，展開其月球之旅。這艘太空船將在兩年內執行主要任務，繪製高解析度的月球水資源地圖。這些資料不僅能增進我們對無大氣天體水迴圈的理解，更能為未來的人類與機器人任務提供寶貴資訊，協助鎖定富含水資源的區域。

月球拓荒者配備了兩臺先進的科學儀器：由NASA噴射推進實驗室(JPL)開發的高解析度揮發物與礦物月球測繪儀(HVM3)紅外光譜儀，以及由牛津大學在英國太空署資助下建造的月球熱成像儀(LTM)紅外多光譜成像儀。這兩臺儀器將共同提供前所未有的月球水資源分佈與行為洞察。

JPL的月球拓荒者計畫系統工程師Andy Klesh表示，這個小型團隊具有國際化特質，這在大型計畫中更為常見。與一般小型任務僅專注於單一目標不同，月球拓荒者配備了兩臺高精密度儀器，可謂是「以小搏大」。

在開始收集科學資料之前，月球拓荒者將進行數個月的月球飛越、推進器點火與環繞軌道等精密操作。這些精心編排的動作將最終定位太空船，使其能夠詳細繪製月球表面。

月球拓荒者重約200公斤，太陽能板完全展開時寬3.5公尺，大小約與洗碗機相當，並配備了相對較小的引擎。為了讓其4至7個月的月球之旅(視發射日期而定)盡可能高效，任務設計與導航團隊規劃了一條利用太陽、地球和月球重力的軌道，這種技術稱為低能量轉移。

JPL的月球拓荒者任務設計與導航負責人Gregory Lantoine解釋，火箭提供的初始推力將使太空船飛越月球並進入深空，其軌道將在多次月球飛越和地球環繞後自然重塑。這將使其能夠以最少的推進需求進入月球軌道，是最節省燃料的到達方式。

在多次飛越月球的過程中，太空船將使用小型推進器點火(即軌道修正機動)來緩慢改變其軌道，從高度橢圓形變為圓形，將衛星降至距月球表面約100公里的高度。

一旦進入科學軌道，月球拓荒者將在月球表面滑翔，每天繞行12圈，並在任務期間觀察不同時間的表面。衛星也將完美定位，以窺探月球南極永久陰影的隕石坑，這些隕石坑藏有從未見過陽光的冷阱。如果月球拓荒者在隕石坑底部發現大量冰，這些地點可能被標記為未來月球探險者的資源。

任務收集的資料將傳送至NASA的深空網路，並交付至加州理工學院IPAC的月球拓荒者新運營中心。與任務經驗豐富的團隊並肩工作的，還有來自加州理工學院和附近帕薩迪納城市學院的學生，他們參與了從運營、通訊到軟體開發等各個方面。

月球拓荒者是NASA SIMPLEx(小型創新行星探索任務)的選定專案，該計劃為低成本科學太空船提供了與選定主要任務共乘的機會。為了維持較低的總成本，SIMPLEx任務具有較高的風險態勢和較輕的監督與管理要求。這種較高的風險接受度使NASA能夠測試開創性技術，而這些任務的成功定義包括從更多實驗性努力中汲取的教訓。

IPAC的月球拓荒者運營負責人Lee Bennett表示，我們是一項具有開創性科學目標的小型任務，因此我們將透過擁抱組織內建的靈活性來取得成功。我們的國際團隊由經驗豐富的工程師、來自多個機構的科學團隊成員以及首次有機會參與NASA任務的當地學生組成。

月球拓荒者是一項NASA任務，旨在繪製和分析月球上的水，為未來的月球探索提供關鍵資料。太空船將識別水存在的位置，確定其形式，並追蹤其隨時間的變化。透過生成高解析度的月球水資源地圖，該任務將增進我們對無大天體水迴圈的理解，並支援人類和機器人登月任務。

由加州理工學院的Bethany Ehlmann擔任首席研究員，月球拓荒者的科學調查、任務運營和資料處理也在加州理工學院的Bruce Murray行星視覺化實驗室進行管理。南加州的噴射推進實驗室(JPL)負責任務管理、系統工程、任務保證和導航，而洛克希德·馬丁太空公司則建造了太空船並支援運營。牛津大學在英國太空署的資助下開發了月球熱成像儀(LTM)儀器。

太空船配備了兩臺先進儀器：來自JPL的紅外光譜儀HVM3和來自牛津的多光譜成像儀LTM。這些工具將共同提供迄今為止最詳細的月球表面水資源地圖。月球拓荒者是NASA月球發現探索計劃的一部分，該計劃由華盛頓NASA科學任務理事會的馬歇爾太空飛行中心行星任務計劃辦公室管理。