NASAは、極低温での月からの地球への月サンプルの帰還を可能にする低温収納技術の進歩を求めている。さらに、極低温ではないが極低温を必要とする生物学的サンプルやその他のサンプルを、月またはシスルナー軌道プラットフォームから帰還させることもできる。
背景
アルテミスミッションの主な目的は、月表面からサンプルを持ち帰ることである。これらのサンプルを分析することで、科学、探査、月の長期探査で利用できる原位置資源の新たな開発につながる可能性がある。
探査分野の1つは、永久影領域（PSR）の月のレゴリスに閉じ込められた氷を分析し、その分布と組成を決定することである。氷の成分分析を行うには、分析前に揮発性物質を放出するほど試料の温度を上昇させることなく、地球上の研究室に試料を持ち帰る必要がある。
さらに、月やシスルナー宇宙空間からの生物学的サンプルは、人類や他の生物の研究にとって大きな科学的関心事である。なぜなら、放射線環境やその他の要因が、人類が地球外を探査する能力に影響を与えるからである。
制約条件
必須
- 試料を-150℃以下（月面試料の場合）および／または-80℃以下（生体試料の場合）に保つ。
- パッシブ・ソリューションの場合は1～3週間、パワー・ソリューションの場合は10～90日以上、低温保管温度を維持する。
- 有毒な材料や成分を含まない（メタン、アンモニアなど）
- 公称運転中または無動力時に大量のシステムガスを排出しないこと（例：N2ガス）。
希望
- システムの消費電力が低い（最大600Wだが、より低い値の方が上位にランクされ、パッシブ／非電源ソリューションが最も望ましい）
- システム質量が小さい（<50kgだが、それ以下の場合は上位にランクされる）
- システム容積が少ない（<0.125 m3、ただし数値が低いほどランクが高くなる）
- 温度、時間、安全性要件がすべて満たされている限り、1つのカテゴリー（パワー／質量／体積）で失敗しても失格にはならない。
考察
考慮すべき環境は4つある：オリオン、有人ランダーシステム（HLS）、ゲートウェイ、船外活動（EVA：宇宙遊泳など）だ。Orion/HLSは容積が小さく、熱除去や電力供給が難しいため、600Wまでの電力供給は好ましくない。ゲートウェイは、最大600Wの電力やシステムの補充・排出能力など、より多くの能力を提供できるかもしれないが、サンプルはゲートウェイとの往復に耐える必要があり、輸送時間は片道約1週間かかる。月面の船外活動クルーは、最初は “ハンドキャリー “か、場合によってはシンプルなカートに頼ることになり、それ以降のローバーでも、システムやサンプルを着陸船まで自分で運ぶ必要がある。
可能な解決策
- 次世代の冷却、冷凍、低温収納システム
- 長期的なパッシブまたは非電源封じ込めソリューション
- 新しい断熱技術
- 先端極低温材料
ソリューションの望ましい結果
NASAは、さまざまなパートナーシップの機会にオープンである。プロトタイプや商業技術を持つソリューション・プロバイダーとのパートナーシップが望ましい。
使用分野と用途
非常に小さな質量、体積、電力を使って、極低温で月から地球に月サンプルを持ち帰るソリューション。
これまでの解決策
国際宇宙ステーションの現在の能動的冷却システムは、質量、容積、電力が大きい。地球への帰還に使用されるパッシブ・アイスパックには極低温を維持する能力はなく、-80℃での生物サンプル帰還でさえ、現在のところ実現不可能である。