Полярные регионы Луны являются домом для постоянно затененных кратеров. В этих кратерах находится древний лед, и присутствие на Луне означает, что эти отложения водяного льда являются ценным ресурсом. Астронавты, вероятно, будут использовать солнечную энергию для работы в этих кратерах и сбора воды, но Солнце там никогда не светит.
Какое решение? По мнению одной группы исследователей, на краю кратера располагался солнечный коллектор.
На Луне много солнечной энергии. Но не всегда и не везде. На дне самых глубоких кратеров, ближайших к полюсам, Солнца нет.
Исследователи из Техасского департамента аэрокосмической техники A&M ожидают будущих миссий к постоянно затененным кратерам Луны для сбора водных ресурсов. Они работают с Исследовательским центром НАСА в Лэнгли над отражателями, которые можно будет установить на краю кратера. В сочетании с приемником где-то внутри кратера солнечная энергия может доставляться туда, где она необходима.
Доктор Даррен Хартл — доцент кафедры аэрокосмической техники Техасского университета A&M. Он возглавляет группу исследователей, работающих над солнечными отражателями. «Если вы разместите отражатель на краю кратера и у вас есть коллектор в центре кратера, который получает свет от Солнца, вы сможете использовать солнечную энергию», — сказал Хартл. «Итак, в каком-то смысле вы преломляете свет Солнца в кратер».
Хотя они все еще находятся на ранних стадиях своих исследований, компьютерные модели показывают, что параболический отражатель передает оптимальное количество света на дно кратера. Параболические конструкции часто встречаются в различных устройствах, таких как телескопы, микрофоны и автомобильные фары. Здесь, на Земле, также работают солнечные параболические отражатели.
Параболические тарелки распространены на Земле. Здесь мы можем сделать их любого размера и построить там, где нам нужно. Но на Луне все усилия иные. Каждый фунт, который мы запускаем в космос, стоит дорого. Их цель — создать отражатель, достаточно маленький, чтобы его можно было доставить на Луну, и достаточно большой, чтобы использовать достаточно энергии.
Исследователи работают с самоморфирующимся материалом, разработанным Хартлом и другими инженерами из Техасского университета A&M. Самоморфирующиеся материалы основаны на природных материалах, которые превращают материю в сложные поверхности. Они могут менять форму в зависимости от окружающей среды. К ним относятся мышцы, сухожилия и растительные ткани.
«Во время космических полетов астронавтам может потребоваться развернуть большой параболический отражатель из относительно небольшой и легкой системы приземления. Вот тут-то мы и вступаем в игру», — сказал Хартл. «Мы рассматриваем возможность использования материалов с памятью формы, которые будут менять форму отражателя в ответ на изменения температуры системы».
Доктор Хартл специализируется на современных многофункциональных материалах. В Texas A&M его команда занимается различными проектами: от «… самоскладывающихся конструкций на основе оригами до саморегулирующихся трансформирующихся радиаторов для космических кораблей и усовершенствованных приводов для самолетов, вдохновленных птицами», согласно его биографии. Он также имеет более чем десятилетний опыт работы с самоморфирующими структурами и сплавами с памятью формы (SMA).
Одна из трудностей работы на Луне — резкие перепады температур между днем и ночью. На экваторе температура может достигать 121 Цельсия (250 F), что намного выше, чем где-либо на Земле. Но ночью температура резко падает до -133 C (-208 F). Постоянные тени в глубоких полярных кратерах Луны способствуют понижению температуры до -250 C (-415 F).
У Хартла есть опыт разработки материалов, учитывающих такие резкие колебания температуры. Он возглавляет лабораторию оптимизации многофункциональных материалов и аэрокосмических конструкций (M2AESTRO) в Техасском университете A&M. «Наши предлагаемые решения включают в себя металлы, меняющие форму, которые регулируют свое собственное теплоотведение в зависимости от того, насколько они горячие или холодные, поэтому это решает проблему для нас», — сказал Хартл в 2019 году.
В этом видео объясняется кое-что из того, над чем они работают в M2AESTRO, хотя ему уже несколько лет.
Луна – следующий рубеж обитания человека. Там будут жить и работать космонавты, а вода является жизненно важным ресурсом. Не только для питья, его также можно расщепить на кислород для дыхания и водород для топлива. Ученые не уверены, сколько там водяного льда, но его достаточно, чтобы быть полезным.
Добыча и управление этим ресурсом будут иметь решающее значение для успеха «Артемиды» и других усилий по исследованию Луны. Для эффективного выполнения этой задачи потребуются передовые решения, разработанные специально для лунной среды. Самоморфирующиеся материалы могут сыграть важную роль.
