Кратеры на полюсах Луны находятся в постоянной тени. Но они также являются интересными местами из-за отложений водяного льда и других материалов. ЕКА разрабатывает идею для ровера, который может исследовать эти области с помощью энергии, обеспечиваемой лазерами.
Все думают, что они знают, что такое лазеры: это лучи света. Ну, в общем, да.
Лазер служит для усиления света путем стимуляции электромагнитного излучения. Лазер - это в основном сфокусированный свет. В то время как большая часть света считается некогерентным, лазеры когерентны. Они могут быть пространственно когерентными, что означает, что луч будет оставаться сфокусированным на больших расстояниях без расширения. И они могут быть временно когерентными, что означает, что они могут излучать свет в очень узком спектре, в основном одного цвета.
Первый лазер был изобретен в 1960 году в США. Сейчас их используют для самых разных целей, в том числе и в астрономии. Обсерватории используют лазерные указатели для создания лазерных направляющих звезд, которые затем используются для калибровки адаптивной оптики.
Лазеры были выдвинуты также в качестве одного из видов двигателя космического корабля. Теоретически, достаточно мощный лазер можно было бы использовать для питания космических кораблей через Солнечную систему, в виде лазерного светового паруса.
Но это первый раз, когда мы слышим об использовании лазера для запуска ровера на Луне.
Идея исходит из программы открытия и подготовки Европейского космического агентства (ЕКА). Цель программы заключается в том, чтобы "заложить основу для будущей деятельности агентства в краткосрочной и среднесрочной перспективе”. И в краткосрочной и среднесрочной перспективе Луна определенно есть в меню.
Луна не похожа на Землю. Когда Земля вращается вокруг своей оси, она переживает ярко выраженные времена года. Полярные регионы чувствуют их больше всего. Иногда полюсы имеют 24-часовую темноту, иногда 24-часовой свет. Наклон земной оси составляет около 23,5 градусов, в то время как Луна - 1,5 градуса к эклиптике.
Так что на Луне, в самых высоких широтах, солнце находится низко над горизонтом, благодаря его наклону на 1,5 градуса. Дно кратера может находиться в постоянной тени. Это на самом деле хорошо, потому что там есть вода. Но это плохо, потому что без света их трудно исследовать. Там нет роверов на солнечных батареях.
NASA думало над идеей ровера, который мог бы исследовать эти темные кратеры. Названный VIPER, он будет посещать затененные области при питании от батареи, но будет нуждаться в регулярном поиске солнечного света для подзарядки. Это довольно важный ограничивающий фактор.
Если вы знакомы с конструкцией роверов вообще, то вы знаете, что в основном существует два варианта их питания: солнечная энергия или радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РТГ), которые улавливают тепло от разлагающегося радиоактивного элемента для выработки электроэнергии. Наиболее часто используется плутоний 238, и именно так работает MSL Curiosity.
Но по мнению ЕКА, РТГ может быть не лучшим выбором для этой миссии. Они выделяют много тепла, что может затруднить изучение льда.
"Стандартным предложением для такой ситуации является установка вездехода с ядерными радиоизотопными термоэлектрическими генераторами", - прокомментировал инженер-робототехник ЕКА Мишель Ван Виннендаль. "Но это создает проблемы сложности, стоимости и теплового управления - ровер может прогреться настолько, что поиск и анализ образцов льда фактически становится нецелесообразным”.
Роль программы обнаружения и подготовки ЕКА заключается в том, чтобы мыслить нестандартно и решать возникающие проблемы. Чтобы решить эту они обратили внимание на беспилотники с лазерным приводом, такие как Silent Falcon от DARPA (Агентство перспективных исследований в области обороны). Это солнечно-электрический беспилотник, использующий лазер для перезарядки батарей, и теоретически он может летать вечно.
«В качестве альтернативы в этом исследовании рассматривалось использование лазерной системы питания, вдохновленной наземными лазерными экспериментами, для обеспечения бесперебойной работы беспилотных летательных аппаратов и их полетов в течение нескольких часов», - сказал Ван Виннендаль.
Лазер, питающий ровер, не будет находиться ни на Земле, ни на лунной орбите. Он будет находиться на поверхности Луны, на расстоянии от 4 до 15 км. Сам лазерный источник питания будет питаться от солнечных батарей.
ЕКА заключило контракт на разработку этой идеи. Они передали его итальянской компании Leonardo и румынскому Национальному институту исследований и разработок в области оптоэлектроники . Он включает в себя как посадочный модуль, так и ровер. Посадочный модуль должен будет находиться где-то рядом с кратерами де Жерлаша и Шеклтона на Южном полюсе, в месте, где почти постоянно светит солнце. Оттуда он будет излучать инфракрасный лазер мощностью 500 ватт на солнечных батареях на ровер весом 250 кг. Когда ровер войдет в затененные области, лазер будет держать себя направленным на ровер.
Сам ровер получит лазер на модифицированных солнечных панелях и преобразует его в электрическую энергию. Фотодиоды по бокам солнечных панелей будут контролировать цель лазера.
10-месячное исследование под названием PHILIP (Powering rovers by High Intensity Laser Induction on Planets) включало в себя поиск правильных маршрутов, чтобы заставить все это работать. Ученые искали маршруты спуска в кратеры с пологим уклоном в 10 градусов, которые позволили бы марсоходу поддерживать контакт с лазером.
Согласно ЕКА, лазер может выполнять двойную функцию, в качестве устройства связи. Вторая из двух панелей ровера могла бы содержать ретрорефлектор, который посылал импульсы света в виде сигналов обратно на посадочный модуль.
ЕКА уже провело некоторые испытания. Они использовали Тенерифе, один из Канарских островов, чтобы работать над идеей управления роварами в почти постоянной темноте. Хотя лазерные двигатели там еще не тестировались, это может произойти в будущем.
“С завершением проекта PHILIP мы на один шаг приблизились к запуску роверов с лазерами для исследования темных частей Луны”, - сказал Ван Виннендаль из ЕКА. “Мы находимся на стадии, на которой могут начаться прототипирование и тестирование, осуществляемые последующими технологическими программами ЕКА”.
Читайте также: TESS помогает астрономам изучать причудливые пульсирующие звезды
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!