Как будущие исследования Луны смогут общаться с обратной стороны Луны, несмотря на то, что они никогда не будут находиться на одной линии с Землей? Вот что было представлено в недавнем исследовании Транзакции IEEE в аэрокосмических и электронных системах надеется обратиться, поскольку пара исследователей из Политехнического университета Монреаля исследовала потенциал метода беспроводной передачи энергии (WPT), состоящего из от одного до трех спутников, расположенных в точке Лагранжа 2 Земля-Луна (EMLP-2) и солнечной энергии. приемник на обратной стороне Луны. Это исследование может помочь ученым и будущим лунным астронавтам поддерживать постоянную связь между Землей и Луной, поскольку обратная сторона Луны всегда обращена от Земли, а вращение Луны почти полностью синхронизировано с ее орбитой вокруг Земли.
Здесь, Вселенная сегодня обсуждает это исследование с доктором Гунесом Карабулутом Куртом, доцентом политехнического института IEEE в Монреале и соавтором исследования, относительно мотивации исследования, значительных результатов, последующих исследований и последствий для WPT. Итак, какова была мотивация этого исследования?
«Это исследование мотивировано целью преодоления логистических и технических проблем, связанных с использованием традиционных кабелей на поверхности Луны», — говорит доктор Курт. Вселенная сегодня. «Прокладка кабелей на неровной, пыльной поверхности Луны приведет к постоянному техническому обслуживанию и проблемам с износом, поскольку лунная пыль очень абразивна. С другой стороны, транспортировка большого количества кабелей на Луну требует значительного количества топлива, что значительно увеличивает стоимость миссии».
Для исследования ученые использовали множество расчетов и компьютерных моделей, чтобы выяснить, достаточно ли одного, двух или трех спутников на гало-орбите EMLP-2 для поддержания как постоянного покрытия обратной стороны Луны (LFS), так и прямой видимости. с Землей. Для контекста: EMLP-2 расположен на обратной стороне Луны, а гало-орбита перпендикулярна или сбоку орбите Луны. Расчеты, включенные в исследование, включали расстояния между каждым спутником, углы антенн между спутниками и наземным приемником, величину покрытия поверхности LFS и величину передаваемой мощности между спутниками и наземными антеннами LFS. Итак, каковы же наиболее значимые результаты этого исследования?
Доктор Курт рассказывает Вселенная сегодня их модели пришли к выводу, что три спутника на гало-орбите EMLP-2, работающие на равных расстояниях друг от друга, могут «обеспечивать непрерывную передачу мощности на приемник оптической антенны в любом месте на обратной стороне Луны», сохраняя при этом 100-процентное покрытие LFS и прямую видимость с Земля. «Помимо схемы с тремя спутниками, которая обеспечивает непрерывное полное покрытие LFS, даже конфигурация с двумя спутниками обеспечивает полное покрытие в течение 88,60% полного цикла вокруг гало орбиты EMLP-2», — добавляет доктор Курт.
Что касается последующих исследований, доктор Курт рассказывает. Вселенная сегодня«Наши будущие исследования будут сосредоточены на более сложных моделях сбора и передачи, чтобы приблизиться к реальности. С другой стороны, подход, учитывающий неравномерную природу лунной пыли и изменение ее плотности из-за факторов окружающей среды, таких как подсолнечный угол и другие. В будущем, если исследования в этой области продолжатся, исследуйте это экспериментально с помощью симуляторов лунной пыли и лазеров».
Это исследование проводится в то время, когда НАСА готовится отправить астронавтов на Луну впервые с 1972 года в рамках программы «Артемида», целью которой будет высадка первой цветной женщины и человека на лунную поверхность. После успеха миссии «Артемида-1» в ноябре 2022 года, которая состояла из беспилотной капсулы «Орион», вращающейся вокруг Луны, НАСА в настоящее время ориентируется на сентябрь 2025 года для своей миссии «Артемида-2», которая, как запланировано, будет 10-дневной миссией с экипажем из 4 человек с использованием капсулу «Орион» для облета Луны, целью которой будет проведение полной проверки систем капсулы «Орион». Поэтому какое значение это исследование может иметь для предстоящих миссий «Артемида» или любого будущего исследования Луны человеком?
«Результаты имеют значение для проектирования систем передачи энергии на Луне», — говорит доктор Курт. Вселенная сегодня. «Лучшее понимание нарушителей беспроводной передачи данных, таких как лунная пыль, может привести к разработке более эффективных и надежных систем для обеспечения лунных миссий и инфраструктуры, в том числе связанных с программой Артемида и будущими усилиями по исследованию человеком».
В случае успеха за «Артемидой-2» в сентябре 2026 года последует «Артемида-3», которая также будет состоять из экипажа из четырех человек и двух членов экипажа, высадившихся на поверхность Луны, а приблизительная продолжительность миссии составит 30 дней. За этим последуют «Артемида-4», «Артемида-5» и «Артемида-6», которые в настоящее время запланированы на сентябрь 2028, сентябрь 2029 и сентябрь 2030 года соответственно, причем с каждой миссией увеличивается как количество астронавтов, высадившихся на поверхность Луны, так и ожидаемое количество астронавтов. поставки лунных модулей обитания и луноходов.
«Более того, миссия «Артемида» нацелена на южный полюс Луны в качестве посадочных площадок», — говорит доктор Курт. Вселенная сегодня. «Этот регион представляет особый интерес из-за наличия пиков вечного света (PEL), которые получают почти постоянный солнечный свет, и постоянно затененных регионов (PSR), которые являются потенциальными местами для таких ресурсов, как водяной лед. Эти контрастные условия идеальны для применения беспроводной передачи энергии (технологии лазерного луча), которая могла бы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в затененных областях за счет беспроводной передачи энергии из освещенных областей».
Причина существования этих PSR связана с малым наклоном Луны, или осевым наклоном, который, как отмечается в исследовании, составляет 6,68 градусов. Для контекста: наклон Земли составляет 23,44 градуса. Это означает, что на северном и южном полюсах Луны есть области, в частности кратеры, которые не получают солнечного света, отсюда и название «постоянно затененные регионы». Как отметил доктор Курт, эти PSR могут быть домом для отложений водяного льда внутри этих глубоких темных кратеров, которые астронавты могли бы использовать для воды, топлива и других нужд.
Миссии «Артемида» планируют доставить на поверхность Луны не только астронавтов, но и среду обитания и луноходы с целью установления постоянного присутствия человека на Луне. Это предоставит возможности для демонстрации новых космических технологий, которые можно использовать как для исследования Луны, так и для будущих миссий человека на Марс, которые являются частью архитектуры НАСА «Луна-Марс».
«Текущие миссии планируют повторно использовать проверенные на Земле технологии», — говорит доктор Курт. Вселенная сегодня. «Такое мышление может подорвать подход к проектированию голубого неба, при котором исследователям предлагается мыслить свободно, исследовать творческие идеи и расширять границы возможного, не ограничиваясь такими ограничениями, как требования конкретного проекта или обратная совместимость. В нашу работу мы стремимся включить аспекты многофункциональности, которые не являются необходимостью для наземных приложений, но могут оказаться необходимыми для будущих космических миссий».
Как этот метод беспроводной передачи энергии поможет улучшить связь с обратной стороны Луны на Землю в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и именно поэтому мы занимаемся наукой!
Как всегда, продолжайте заниматься наукой и продолжайте искать!
