Китайские исследователи представили концепцию беспроводной передачи электроэнергии на Луне с помощью лазерных лучей, чтобы обеспечить энергией луноходы, работающие в постоянно затенённых кратерах южного полюса.
Согласно новой научной работе, вместо прокладки силовых кабелей или использования тяжёлых аккумуляторов лунные аппараты смогут получать электричество от солнечных станций, расположенных на освещённых вершинах.
Южный полюс Луны считается одним из самых перспективных районов для создания долговременных баз, однако его главная особенность — резкий контраст между освещёнными и вечно тёмными зонами — создаёт серьёзные инженерные трудности. В поисках решения китайские учёные обратились к лазерным технологиям.
Главные мысли за 1 минуту
- Китайские учёные предложили передавать электроэнергию луноходам лазерными лучами от солнечных электростанций на освещённых вершинах.
- Смещение лазерных станций всего на 100 метров увеличило площадь эффективного энергоснабжения более чем на 35%.
- Связность энергетической сети в моделировании выросла менее чем с 40% почти до 100%.
- Для расчётов использовались данные американского лазерного альтиметра Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) с аппарата NASA.
- На расстоянии около 5 километров лазерная система способна передавать достаточно энергии для работы роверов внутри затенённых кратеров.
Южный полюс: между светом и тенью
Южный полюс Луны давно привлекает внимание планетологов. Некоторые вершины местных кратеров освещены Солнцем почти постоянно, в то время как глубокие впадины рядом с ними никогда не видят солнечного света. Именно в этих вечно затенённых областях, как предполагается, находятся значительные запасы водяного льда. Этот лёд мог бы стать источником воды, кислорода и даже ракетного топлива для будущих экспедиций. Однако именно отсутствие освещения создаёт фундаментальную проблему для энергоснабжения техники, которая будет там работать.
Лазер вместо кабелей и батарей
Вместо того чтобы прокладывать километры силовых кабелей по лунной поверхности или оснащать каждый аппарат тяжёлыми аккумуляторами, исследователи предлагают установить на освещённых возвышенностях солнечные электростанции, оснащённые лазерными передатчиками. Схема работы выглядит так: энергия, полученная от солнечных батарей, преобразуется в лазерное излучение и направляется на приёмники, установленные на луноходах. Там световой луч снова превращается в электричество, необходимое для работы научного оборудования и двигателей. По мнению авторов проекта, такой подход способен кардинально уменьшить массу аппаратов, избавив их от необходимости нести на борту крупные аккумуляторы.
Математика света: как повысить эффективность
Чтобы проверить жизнеспособность идеи, учёные разработали модель размещения нескольких взаимосвязанных лазерных станций, образующих единую энергетическую сеть. Выбор наиболее эффективных мест для установки оборудования производился с помощью статистического моделирования. Учитывалось не только наличие солнечного освещения, но и возможность обеспечить максимально широкую зону покрытия, а также устойчивую связь между отдельными станциями.
Результаты моделирования оказались показательными. Смещение лазерных передающих станций примерно на 100 метров от первоначальной точки позволило увеличить площадь эффективного энергоснабжения более чем на 35%. Кроме того, удалось практически полностью обеспечить непрерывность энергетической сети. Компьютерное моделирование также продемонстрировало, что на расстоянии около 5 километров лазерная система способна передавать достаточное количество энергии для обеспечения работы луноходов внутри постоянно затенённых кратеров.
От теории к практике: вызовы и перспективы
При построении модели китайские специалисты опирались на данные лазерного альтиметра Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA), установленного на американском аппарате Lunar Reconnaissance Orbiter. В качестве полигона для анализа был выбран район кратера Шеклтон — один из главных кандидатов на размещение будущих лунных баз. Согласно расчётам, площадь, обеспеченная энергией в этом районе, увеличилась примерно с 18% до более чем 24%, а связность сети выросла с менее чем 40% почти до 100%.
Авторы работы, однако, подчёркивают: проект пока существует исключительно в виде расчётов и компьютерного моделирования. Для его практической реализации потребуется решить целый ряд сложнейших инженерных задач. Среди них — создание высокоточной системы наведения лазеров, минимизация потерь энергии при передаче, защита чувствительного оборудования от абразивной лунной пыли и обеспечение надёжной работы всей системы в экстремальных условиях лунной поверхности. Тем не менее предложенная концепция наглядно демонстрирует один из возможных путей энергоснабжения будущих экспедиций. И Китай, и США рассматривают район южного полюса Луны в качестве основного места для строительства долговременных исследовательских станций.
