Esta proposta explora uma nova classe de naves espaciais de reconhecimento que mapeiam minerais a partir da órbita usando espectroscopia Raman durante sobrevoos em alta velocidade — sem pouso, retorno de amostras ou permanência prolongada. Se for viável, esse conceito permitiria à NASA avaliar gelo e ilmenita na Lua, teor de minérios em asteroides e minerais portadores de voláteis nas luas de Marte — tudo com uma única nave espacial de 300 kg. Essa capacidade atende às metas de longo prazo da NASA para uma presença lunar sustentável, avaliação de recursos em asteroides e logística de Marte, respondendo a uma questão operacional-chave: o que exatamente é esse material?
O objetivo central é determinar se a espectroscopia Raman — uma técnica que identifica minerais por suas “impressões digitais” moleculares — pode operar a dezenas de quilômetros de distância durante um sobrevoo ou ao longo de arcos orbitais. Até hoje, a Raman planetária foi usada apenas a distâncias de metros em rovers. Realizar Raman a 30–50 km de afastamento abriria um novo regime para a ciência planetária e o mapeamento de recursos espaciais, fornecendo a especificidade composicional que métodos passivos de refletância ou técnicas de nêutrons não conseguem.
O conceito de missão de referência usa uma única nave espacial movida por propulsão elétrica solar para realizar três etapas de reconhecimento: (1) uma órbita polar de 50 km ao redor da Lua para mapear gelo e ilmenita; (2) um sobrevoo de 30 km de um asteroide próximo da Terra para identificar silicatos, metais e orgânicos; (3) uma órbita de 30–50 km de Fobos ou Deimos para detectar fases ricas em voláteis que informam a logística das missões a Marte.
Em cada etapa, um laser pulsado de alta energia, um detector de contagem de fótons com janela temporal (time-gated) e um sistema de direcionamento do feixe do tipo rad-class isolam os sinais Raman da superfície planetária. Nenhum sensor ou classe de missão existente consegue realizar essa função.
Para determinar a viabilidade, este estudo NIAC Fase I responde a três questões centrais: (1) As linhas Raman relevantes de minerais podem ser detectadas com uma relação sinal-ruído adequada a 50 km? (2) O apontamento do feixe e o “smear” podem ser estabilizados durante sobrevoos rápidos para permitir integração ao longo do tempo de permanência? (3) Uma nave espacial de 300 kg, com sistemas realistas de propulsão, energia e controle de atitude, consegue fechar a arquitetura da missão para os três destinos?
Os métodos incluem modelagem de fótons baseada em princípios fundamentais a partir de seções de choque Raman conhecidas, análise de instabilidade (jitter) da nave espacial e projeto de trajetória usando as ferramentas padrão de planejamento de missões da NASA. O estudo é dividido em três pacotes de trabalho técnicos, além de síntese e relatório. Análises de sensibilidade e “portões de decisão” são incorporados para determinar como mudanças no retorno de fótons ou no controle de apontamento afetariam a viabilidade geral da missão. Arquiteturas alternativas são exploradas para cada etapa, incluindo altitudes menores de sobrevoo e diferentes esquemas de propulsão.
A equipe do estudo combina ampla experiência em instrumentação Raman, lidar aerotransportado e projeto de missões. O PI Sobron liderou sistemas Raman de campo com alcance de 120 metros e contribuiu para o SuperCam e o SHERLOC em Marte. O Co-I Lee e o Colaborador Yu, da NASA Goddard, trazem experiência direta do ICESat-2 e de outros sistemas orbitais a laser. O Co-I Casell, na NASA Ames, lidera o projeto inicial da missão e traz experiência prévia no NIAC. A equipe conta com apoio da SETI e da OffWorld, uma parceira comercial.
Se for bem-sucedido, o trabalho definirá a primeira arquitetura para detecção orbital de minerais por Raman e demonstrará que é possível realizar mapeamento molecular de alta resolução sem pouso. Mesmo um sucesso parcial estabeleceria novos limites para a física de sensoriamento remoto, forneceria modelos validados e apoiaria decisões futuras da NASA em posicionamento de missões da Artemis, mineração de asteroides e planejamento de ISRU em Marte. A arquitetura habilita um modelo econômico de classe Discovery que, eventualmente, poderia ser ampliado para uma frota de “scouts” do Sistema Solar interno — levando inteligência mineral no estilo do Landsat para a exploração planetária.
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