美国和俄罗斯之间的太空竞赛在半个世纪前结束，当时美国宇航员成为第一个登上月球的人。今天还有另一场比赛，由于中国成功登陆月球，并让私人公司和国家太空机构参与，将人类带回月球表面。
但建造月球基地并实际生活在月球上需要仔细规划。首先，我们需要识别和绘制可用的月球资源，包括氢和水冰。如果我们要制造可呼吸的空气和火箭燃料，无论是在天文台还是发射台上，我们的太阳系中的外行星，这些化合物都是至关重要的。
但是，派遣任务为月球绘制足够详细的资源以便为将来的机构提供服务是一项昂贵的任务，需要很长时间。幸运的是，有一种叫做CubeSats的快捷微型卫星。
月球上有许多令人向往的资源，从水冰，可以给我们燃料和空气和其他挥发性元素到钛。这些可能已经累积在永久阴影的极地区域，在那里它们太冷而不能蒸发。
先前的轨道和登陆月球任务为我们提供了月球表面地质学的广泛概述。来自Apollo和Luna样本返回任务的返回月球样本以及回收的月球陨石增强了这一知识。
事实上，这就是我们如何在永久阴影区域获得月球水冰的证据。我们还了解到，月球表面由不同数量的钛铁矿和相关的氧化物矿物以及硅酸盐矿物和纳米铁(粒度小于100纳米的材料)组成，这些都有助于未来在月球上的建造。
但这种知识不会让我们走得太远。我们还需要确切地知道物质是如何分布的以及它们的形式。它们是自由的还是束缚于某种东西?他们内心深处吗?它们如何与月球表面相互作用?如果不知道这些事情我们就无法成功提取它们。
如果我们要深究这些问题，我们需要新的低成本任务，与传统的大型和昂贵的项目相比，这些任务可以更快地实现。
1U CubeSat结构。图片来源：维基百科，CC BY-SA
纳米卫星
因此，小型和微型卫星是一种技术，在过去40年中已经成熟，使空间科学相当便宜，因此它已成为一种很好的选择。近年来，我们甚至开始考虑使用纳米卫星平台 - 例如CubeSats。这些是重达几十公斤的小型卫星，在这里开发了一个标准平台，可安装不同的仪器。
使用纳米卫星对太阳系进行机器人探索是有吸引力的，因为与传统的科学任务相比，它们更便宜，风险更低，开发时间更短。因此，美国国家航空航天局计划使用CubeSat进行一系列月球任务，包括月球手电筒，LunaH-Map和Lunar Ice-Cube，这些都将有助于提高我们对月球冷阱中水冰空间分布的理解。然而，这些任务的观测空间分辨率并不大 - 大约一到多公里。
鉴于未来用于永久阴影区域的月球登陆器或探测器可能具有有限的机动性，因此需要提高水冰图的空间精度。我参与了另一项名为“挥发性和矿物学绘图轨道器”(VMMO)的CubeSat任务，该任务由欧洲航天局资助，该任务将使用激光技术实现这一目标。
VMMO旨在解决未来月球探测的几个关键方面。采用“12U CubeSat设计”，尺寸为120 x 10 x 10厘米，它将以足够的数量绘制相关资源和挥发性物质的位置，以便将来的月球定居者用于制造燃料和透气空气。它的主要科学有效载荷是一种小型激光仪器，可以探测靠近南极的沙克尔顿陨石坑，用于测量水冰的丰度。
具体而言，该仪器使用激光雷达，一种测量方法，可以通过用激光照射物体来对物体成像，并用传感器测量反射光。扫描10米宽的路径，仪器将花费大约260天，以这种方式在20公里直径的火山口内建立高分辨率的水冰图。
它还将映射月球资源，如钛铁矿(TiFeO3)，因为它飞过阳光照射的区域，以及监测黑暗区域内冰和其他物质的分布。这将有助于我们了解在农历两周的夜晚凝结水如何在地表迁移。
VMMO 任务将于2023年启动。如果一切顺利，将有助于为2030 - 2040年期间朝向月球村和商业开发的欧洲月球探测铺平道路。