Трудно представить себе более сложную среду для автомобильного аккумулятора, чем поверхность Луны, и подготовка к программе NASA Artemis дает нам возможность сравнить передовые технологии 1970-х годов с тем, где мы находимся 50 лет спустя.
«Артемида», названный в честь древнегреческой богини Луны, — это многоэтапный проект по созданию орбитальной космической станции, которая будет поддерживать пилотируемые экспедиции на южный полюс Луны. Для «Артемиды V», её пятого этапа, запуск которого запланирован на 2030 год или позднее, астронавты должны иметь под рукой открытый багги, который сможет перевозить их по лунной поверхности в скафандрах.
Три консорциума конкурируют за поставку багги, получившего название Lunar Terrain Vehicle (LTV), современной версии Lunar Roving Vehicle, впервые запущенного в рамках миссии «Аполлон-15» в 1971 году. Один из них, Lunar Outpost, использует аккумулятор, шасси и элементы автономного управления от автомобильного гиганта GM, и GM недавно представила, как он будет удовлетворять потребности NASA в аккумуляторах.
Поразительно осознавать, что аккумулятор, питавший первый лунный вездеход, был одноразовым и не подлежал перезарядке после разрядки. Это ограничило дальность проезда марсохода 92 километрами, которую экипаж «Аполлона-15» поделил с двумя последующими миссиями.
LTV окупит затраты на доставку на Луну гораздо лучше, предложив астронавтам ту же функциональность, которую можно ожидать от земного автомобиля. Ожидается, что его аккумуляторная батарея прослужит 10 лет, а запас хода составит не менее 30 000 км. Это весьма существенно для автомобиля с заявленной максимальной скоростью 25 км/ч, который, как ожидается, будет передвигаться преимущественно со скоростью менее 14,5 км/ч из-за слабого сцепления с дорогой и низкой гравитации, в которых он будет эксплуатироваться.
За десять лет на Луне аккумулятор каждые две неделибудет подвергаться воздействию экстремальных температур: от невыносимой жары до лютого холода. Во время лунной ночи температура опускается до -173 °C и держится около этой отметки две недели. Учитывая, что в эти периоды зарядка от солнца невозможна, аккумулятору необходима сложная изоляция и способность к длительному самообогреву.
Аккумулятор также должен быть очень надёжным. Багги предназначен для поездок вблизи базы и функционирует подобно джипам времён Корейской войны, с которыми некоторые из нас знакомы по фильму и сериалу «Чёртова служба в госпитале МЭШ». Но Луна — последнее место, где хотелось бы, чтобы автомобиль сломался, даже недалеко от базы.
GM не стремится к совершенно новому составу аккумулятора для удовлетворения этих требований, а вместо этого адаптирует свою последнюю разработку, основанную на наземных аккумуляторах для легковых и грузовых автомобилей. Компания заявляет, что концепт Lunar Outpost LTV будет оснащён литий-ионными аккумуляторами с высоконикелевыми катодами NCMA (никель-кобальт-марганец-алюминий оксид), которые будут встроены в шасси LTV для оптимизации центра масс. Это разновидность химии, используемой во всех современных электромобилях GM, включая GMC Hummer EV и Chevrolet Equinox EV.
Чтобы обеспечить аккумуляторам невероятную надёжность, необходимую для исследования Луны, GM создаст их отказоустойчивыми – они продолжат работать даже в случае выхода из строя некоторых ячеек – и добавит нагревательные элементы и эффективную теплоизоляцию.
Для максимальной надёжности аккумуляторы разрабатываются с использованием того, что Мадху Рагхаван, менеджер GM по аккумуляторам и архитектуре систем, называет «сверхточной лазерной сваркой» и сканированием «флэш-термографией» для точной оценки каждого сварного шва и предотвращения дефектов. Эта технология сканирования изначально была разработана для аккумуляторов наземных электромобилей.
Помимо использования схожей с Hummer EV технологии аккумуляторных батарей, конструкция LTV от Lunar Outpost включает в себя технологию вождения по бездорожью от GMC e-4x4, что позволяет более эффективно перемещаться по поверхности Луны, покрытой плотной пылью, песком, галькой и другими изменчивыми, непредсказуемыми поверхностями.
«GMC Hummer — это супергрузовик, и это супергрузовик для Луны, — заявил Мэтт Нэссой, руководитель инженерной программы GM по лунному проекту, в своём отчёте на прошлой неделе. — Он обладает многими характеристиками Hummer, но приспособлен для более экстремальных условий».
Для управления вектором крутящего момента, управления тягой и точной манёвренности Lunar Outpost LTV оснащён четырьмя электродвигателями — на один больше, чем у Hummer EV. Он также будет оснащён некоторыми функциями Hummer EV, такими как «крабовый ход», а дополнительный электродвигатель и повышенная степень индивидуального управления колёсами обеспечат дополнительные возможности, такие как разворот в нулевой точке.
LTV разработан для удобства доступа и управления людьми в скафандрах, но ожидается, что в основном он будет передвигаться самостоятельно с минимальным контролем или будет управляться водителем с Земли. Для этого он будет использовать различные датчики, включая лидар, радар и камеры высокого разрешения.
«Мы стараемся максимально снизить когнитивную нагрузку [на астронавтов], — отмечает коллега Нэссои Дэйв Робинсон. — Он должен быть простым в управлении и устойчивым».
Вслед за LTV планируется запустить герметичный вездеход, который сможет поддерживать астронавтов в более длительных путешествиях. В бюджетном запросе на следующий год NASA сосредоточило внимание на повторном посещении Луны, предложив увеличить финансирование на 7 миллиардов долларов США на исследование Луны и Марса, несмотря на общее сокращение бюджета на 24%.
Ожидается, что в этом году NASA примет решение о том, какой из трёх проектов LTV будет принят. Ожидается, что Artemis V станет третьей пилотируемой миссией серии Artemis для посадки на Луну и первой, в которой у астронавтов будет в распоряжении транспортное средство.