Безжичното предаване на енергия може да помогне за изследването на обратната страна на Луната

Как може бъдещите мисии на Луната да комуникират от далечната страна на Луната, въпреки че никога не се виждат от Земята?

Решение на този проблем се предлага в наскоро публикувано проучване, изпратено до IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, от двама изследователи от Polytechnique Montréal, които изследват потенциала за метод за безжично предаване на енергия (WPT), състоящ се от един до три сателита, разположени на точката на Лагранж на Земя - Луна 2 (EMLP-2) и захранван от слънчева енергия приемник на обратната страна на Луната.

Това изследване притежава потенциала да помогне на учените и бъдещите лунни астронавти да поддържат постоянна комуникация между Земята и Луната, тъй като обратната страна на Луната винаги е обърната с гръб на Земята, тъй като въртенето на Луната е почти изцяло синхронизирано с нейната орбита около Земята.

Universe Today обсъжда това изследване с д-р Гюнес Карабулут Курт (Gunes Karabulut Kurt), който е доцент в IEEE Polytechnique Montréal и съавтор на изследването, по отношение на мотивацията зад проучването, значителните резултати, последващите изследвания и последиците за WPT.

И така, каква е мотивацията зад това проучване?

"Това изследване е мотивирано от целта за преодоляване на логистичните и технически предизвикателства, свързани с използването на традиционни кабели на повърхността на Луната", обяснява д-р Курт пред Universe Today.

"Полагането на кабели върху грапавата, прашна повърхност на Луната би довело до нуждата от постоянна поддръжка и проблеми с износването, тъй като лунният прах е силно абразивен. От друга страна, транспортирането на големи количества кабели до Луната изисква значително количество гориво, което увеличава значително разходите за мисията."

За проучването изследователите са използвали безброй изчисления и компютърни модели, за да установят дали един, два или три сателита са достатъчни в рамките на "хало орбита" (така се наричат орбитите около точките на Лагранж) в EMLP-2, за да поддържат както постоянно покритие на далечната страна на Луната (LFS), така и линията на видимост със Земята. За контекст, EMLP-2 се намира на обратната страна на Луната, като орбитата е перпендикулярна или настрани на орбитата на Луната. Изчисленията, включени в проучването, включват разстоянията между всеки сателит, ъглите на антената между сателитите и повърхностния приемник, размера на повърхностното покритие на LFS и количеството предавана мощност между сателитите и повърхностните антени на LFS.

И така, кои бяха най-значимите резултати от това проучване?

Д-р Курт разказва, че техните модели стигат до извода, че три сателита в хало орбитата EMLP-2 и работещи на равни разстояния един от друг сателити могат да "постигат непрекъснато излъчване на енергия към приемна оптична антена навсякъде от далечната страна на Луната", като същевременно поддържат 100% LFS покритие и линия на видимост със Земята.

"Освен тройната сателитна схема, която осигурява непрекъснато пълно покритие на LFS, дори конфигурация с два спътника осигурява пълно покритие по време на 88,60% от пълния цикъл около хало орбитата EMLP-2", добавя д-р Курт.

Схема на изследването, показваща безжичното предаване на енергия и приемника от далечната страна на луната с три спътника (SPS-1, SPS-2 и SPS-3) в хало орбита в точката на Лагранж Земя-Луна 2. Кредит: Donmez & Kurt (2024)

"Бъдещите ни проучвания ще се съсредоточат върху по-сложни модели на събиране и предаване, за да се доближим до реалността. От друга страна, подход, който отчита нередовния характер на лунния прах и вариациите в неговата плътност, дължащи се на фактори на околната среда като подслънчев ъгъл и други. В бъдеще, ако изследванията в тази област продължат, трябва да се проучи това експериментално със симулатори на лунен прах и лазери", посочва д-р Курт.

Това проучване идва в момент, когато НАСА се готви да изпрати астронавти на Луната за първи път от 1972 г. с програмата Артемис (Artemis), чиято цел ще бъде да кацне първата жена и цветнокож човек на лунната повърхност. С успеха на мисията Артемис 1 през ноември 2022 г., която се състоеше от капсула Orion без екипаж, обикаляща около Луната, НАСА в момента се насочва към септември 2025 г. за мисията Артемис 2, която е планирана да бъде 10-дневна мисия с екипаж от 4 души, използвайки капсулата Orion за прелитане около Луната, чиято цел ще бъде да се извърши пълна системна проверка на капсулата Orion.

Следователно какви последици може да има това изследване за предстоящите мисии на Артемида или за всяко бъдещо човешко изследване на Луната?

"Констатациите имат значение за проектирането на системи за пренос на енергия на Луната", отбелязва д-р Курт. "Изследването на разрушителите на безжичното предаване, като лунния прах, може да доведе до разработването на по-ефективни и надеждни системи за захранване на лунни мисии и инфраструктура, включително тези, свързани с програмата Артемис и бъдещите усилия за изследване на човека."

Ако успее, Артемис 2 (Artemis -2) ще бъде последвана от мисията Артемис 3 през септември 2026 г., която също ще се състои от 4-членен екипаж с двама членове на екипажа, кацащи на лунната повърхност и приблизителна продължителност на мисията от 30 дни. Това ще бъде последвано от Артемис 4, Артемис 5 и Артемис 6, които понастоящем са насрочени съответно за септември 2028 г., септември 2029 г. и септември 2030 г., като всяка мисия ще увеличава както броя на астронавтите, кацащи на лунната повърхност, така и очаквания както и доставки на модули за лунни местообитания и луноходи.

"Освен това, мисията Артемис се предвижда да кацне близо до южния полюс на Луната", отбелязва д-р Курт пред Universe Today. "Този ​​регион е от особен интерес поради наличието на области PEL (peaks of eternal light), които получават почти непрекъсната слънчева светлина и постоянно засенчени региони (PSR - permanently shadowed regions), които са потенциални места за ресурси като воден лед. Тези контрастни условия са идеални за прилагане на безжично предаване на енергия (технология за лазерно излъчване на енергия), което може да осигури непрекъснато захранване в сенчести зони чрез безжично предаване на енергия от осветени региони.

Причината за съществуването на тези PSR се дължи на ниския наклон на Луната или наклона на оста, който изследването отбелязва, че е 6,68 градуса. За контекст, наклонът на Земята е 23,44 градуса. Това означава, че има области, и по-специално кратери, както на северния, така и на южния полюс на Луната, които не получават никаква слънчева светлина, оттук и името "постоянно засенчени региони". Както отбеляза д-р Курт, тези PSR могат да бъдат места с отлагания от воден лед в тези дълбоки, тъмни кратери, които астронавтите могат да използват за вода, гориво и други нужди.

Мисиите Артемис планират да доставят не само астронавти на лунната повърхност, но и места за обитаване и лунни роувъри с цел установяване на постоянно човешко присъствие на Луната. Това ще предостави възможности за демонстриране на нови космически технологии, които могат да се използват както за изследване на Луната, така и за бъдещи човешки мисии до Марс, които са част от проекта Moon to Mars Architecture за дългосрочно изследване на Луната и Марс.

"Текущите мисии планират да използват повторно доказана от Земята технология", обяснява д-р Курт пред Universe Today. "Този ​​начин на мислене може да подкопае подхода, при който изследователите се насърчават да мислят свободно, да изследват креативни идеи и да разширяват границите на възможното, без да бъдат притеснявани от ограничения като специфични изисквания на проекта или обратна съвместимост. В нашата работа ние се стремим да включим многофункционални аспекти, които не са необходимост за наземни приложения, но може да се окажат съществени за бъдещи космически мисии.

Как този метод за безжично предаване на енергия ще помогне за подобряване на комуникацията от обратната страна на Луната към Земята през следващите години и десетилетия? Само времето ще покаже.

Източник: Wireless Power Transmission Could Enable Exploration of the Far Side of the Moon,  Universe Today

Още по темата

14/03/2024

Космос

SpaceX изстреля Starship, най-мощната ракета, правена някога, на трети тестов полет (видео, обновяване)

21/01/2024

Космос

Неуспешният лунен спускаем апарат Peregrine е изгорял над Австралия (видео)

31/12/2023

Космос

Шест космически мисии, които очакваме с нетърпение през 2024 г

01/12/2023

Космос

След 50 години САЩ ще се върнат на Луната на 25 януари