Китайская сторона выдвинула инициативу по созданию на южном полюсе Луны энергетической вышки, оснащённой лазерным источником питания, для осуществления беспроводной передачи энергии. Обеспечение электроэнергией устройств, находящихся в зонах вечной тени на спутнике Земли, остаётся значительным вызовом для предстоящих экспедиций.
Ирина Медведева
Земля, Луна и Солнце. Иллюстративное фото. Источник: econo-ecolo.org
Начать освоение Луны с создания энергетической системы
Специалисты из Китая высказывают мнение, что Луна способна стать первой площадкой для практического внедрения беспроводного энергоснабжения. Основное внимание уделяется южной полярной области, где высокие края кратеров почти постоянно залиты солнечным светом, тогда как соседние углубления, пребывающие в вечной тьме, предположительно содержат внушительные объёмы водяного льда.
Вместо прокладки протяжённых кабелей или использования тяжёлых аккумуляторов, луноходы, передвигающиеся по тёмным кратерам, станут получать энергию через лазерные лучи, исходящие от солнечных станций, установленных на освещённых пиках.
Как поясняют учёные из Харбинского технологического института, такой метод способен стать более результативным способом обеспечения энергией исследовательских проектов в наиболее труднодоступных и научно значимых участках Луны.
Предложенная китайскими учёными концепция лазерной энергетической сети на южном полюсе Луны открывает новые горизонты для долгосрочных исследовательских миссий. В отличие от традиционных методов, таких как прокладка кабелей по пересечённой местности или использование тяжёлых аккумуляторов, которые ограничивают мобильность и срок службы оборудования, лазерная передача энергии обеспечивает гибкость и непрерывность питания.
Это особенно важно для изучения кратеров с вечной тенью, где, по данным спутниковых наблюдений, могут находиться значительные запасы водяного льда — потенциального источника воды и топлива для будущих лунных баз.
Новая работа описывает механизм функционирования лунной лазерной энергосистемы
В рецензируемой статье, опубликованной в Journal of Deep Space Exploration, авторы представили оптимизированную схему развёртывания сети лазерной передачи энергии для лунной поверхности. Исследование провели специалисты Харбинского технологического института, являющиеся также сотрудниками Национальной ключевой лаборатории лазерной пространственной информации и Национальной ключевой лаборатории аэрокосмических механизмов.
Обе организации играют важную роль в развитии космических исследований Китая, обладая знаниями в области лазеров, космических систем и инженерии для будущих лунных миссий, сообщает South China Morning Post.
По заявлению авторов, их работа может заложить основы для строительства будущих лунных исследовательских станций и их энергетической инфраструктуры. Согласно данным, перенос станций лазерной передачи на расстояние около 100 метров повысил эффективное покрытие сети более чем на 35%, при этом почти все питаемые участки оказались полностью взаимосвязаны.
Это предложение появилось на фоне активизации усилий Китая и Соединённых Штатов по созданию постоянного человеческого и научного присутствия на Луне. Южный полюс станет ключевой целью как для программы «Артемида» НАСА, так и для китайской миссии «Чанъэ».
Данный регион считается привлекательным из-за обилия солнечного света на возвышенностях и наличия водяного льда в тёмных кратерах, что делает его важным для научных работ, использования местных ресурсов и строительства лунных баз.
Обеспечение луноходов энергией в зонах вечной тени
Питание оборудования в зонах вечной тени остаётся серьёзной проблемой для будущих миссий, так как луноходы, работающие в кратерах, не могут использовать солнечные панели, а аккумуляторов может не хватить на длительные исследования. Предлагаемая система задействует солнечные батареи на освещённых гребнях для генерации лазерных лучей, передающих энергию на приёмники, установленные на луноходах, которые затем преобразуют свет в электричество.
Система будет состоять из нескольких взаимосвязанных станций, формирующих сеть, позволяющую луноходам перемещаться между энергетическими зонами без необходимости в крупных бортовых аккумуляторах. Вместо выбора мест только на основе освещённости, харбинские исследователи применили статистическое моделирование для определения оптимальных точек развёртывания, чтобы максимизировать покрытие энергией и обеспечить стабильную связь.
По словам китайских учёных, их метод оптимизации позволил создать непрерывную и надёжную сеть лазерного энергоснабжения. Для проверки концепции команда использовала данные лазерного высотомера Lunar Orbiter Laser Altimeter от НАСА, полученные в районе кратера Шеклтон — одного из ключевых мест для будущих миссий.
Модель увеличила эффективное покрытие энергией с почти 18% до более чем 24%, а также улучшила местную связь с менее чем 40% до почти 100%. Таким образом удалось добиться почти стопроцентной связности зон питания. Это означает, что луноходы смогут передвигаться по сложному рельефу без риска остаться без энергии, передавая её от одной станции к другой. Такой подход снижает требования к бортовым аккумуляторам и позволяет сократить массу роверов, что критично для запусков с Земли.
Моделирование показало, что на расстоянии около 4,8 километра система всё ещё способна поставлять достаточно энергии для поддержки работы луноходов в постоянно затенённых регионах обратной стороны Луны.
Практическая реализация системы сталкивается с рядом технических вызовов. Лазерная передача энергии на расстоянии до 4,8 километра требует высокой точности наведения и стабилизации луча, особенно в условиях лунной пыли и перепадов температур.
Кроме того, приёмники на луноходах должны быть оснащены эффективными фотоэлектрическими преобразователями, способными работать в широком диапазоне интенсивности света. Китайские специалисты уже имеют опыт в создании подобных систем для наземных и орбитальных применений, что повышает шансы на успех лунного проекта.
Конкуренция китайской программы «Чанъэ» и американской «Артемида»
Конкуренция между китайской программой «Чанъэ» и американской «Артемида» за освоение южного полюса Луны стимулирует ускоренное внедрение инноваций. Если лазерная энергосистема будет успешно протестирована, она может стать стандартом для будущих международных миссий.
Это не только облегчит исследования, но и создаст основу для постоянной инфраструктуры на Луне, включая жилые модули, научные лаборатории и заводы по переработке местного сырья. В перспективе такие технологии могут быть адаптированы для Марса и других небесных тел.
Таким образом, предложенная китайскими учёными концепция представляет собой не просто инженерное решение, а стратегический шаг к созданию автономной и устойчивой лунной цивилизации. Отказ от кабелей и громоздких аккумуляторов в пользу лазерной сети позволяет максимально использовать уникальные условия южного полюса, где солнечный свет на вершинах кратеров сочетается с ценными ресурсами в тени.
Если эксперименты подтвердят расчёты, то уже в ближайшие десятилетия человечество получит ключ к энергоснабжению самых труднодоступных уголков спутника Земли.