為月球永久陰影區中的設備供電,仍然是未來任務面臨的一個重大挑戰。
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中國研究人員提出,月球可能成為首個將無線電力傳輸技術投入實際應用的地方。這一概念聚焦于月球南極,那里的高地隕坑邊緣幾乎能持續接收到陽光,而鄰近的永久陰影隕坑則始終處于黑暗之中,并被認為蘊藏著大量水冰。
在這種方案下,在黑暗隕坑中作業的月球車不必依賴長長的電纜或攜帶沉重的電池系統,而是通過激光束獲取能量,這些激光束由安裝在陽光普照的高地上的太陽能站發射。
哈爾濱工業大學的科學家表示,這種方法可以為在月球上一些最具挑戰性也最具科學價值的環境中進行的探測任務,提供更高效的能源供應方式。
新研究詳述了月球激光電網的運作方式
在一項發表在《深空探測學報》上的同行評審研究中,研究人員針對月球表面提出了一種基于激光的電力傳輸網絡的優化部署策略。該研究由哈爾濱工業大學的科學家領銜,他們同時也隸屬于激光空間信息全國重點實驗室和宇航機構全國重點實驗室。
據報道,這兩所機構在推動中國航空航天研究方面發揮著戰略作用,其專業技術涵蓋激光技術、空間系統以及為未來月球探測任務服務的新一代工程。
研究人員表示,他們的發現有助于為未來的月球研究站及其配套能源基礎設施奠定基礎。根據這項研究,將激光傳輸站重新部署約330英尺(約100米),可使網絡的有效覆蓋率提高超過35%,同時使供能區域幾乎實現全面連接。
這一方案的提出正值中美兩國加緊努力,以在月球上建立持續的人類與科學存在之際。月球南極已成為美國國家航空航天局阿爾忒彌斯計劃和中國嫦娥任務的主要目的地。該區域之所以特別受關注,是因為其高聳的山脊能獲得長時間的日照,而其永久陰影隕坑據信含有水冰,這使其成為科學研究、就地資源利用和未來月球基地開發的關鍵地點。
為陽光無法到達之地的月球車供能
為月球永久陰影區的設備供電仍是未來任務的一大難題,因為這些隕坑中作業的月球車無法依靠太陽能電池板,而電池又可能無法為長時間的探測提供足夠的續航能力。該提議的系統將利用日照山脊上的太陽能陣列產生激光束,將能量傳輸到月球車搭載的接收器上,再將光能轉換回電能。
該提議的系統將依賴多個相互連接的站點,形成一個網絡,使月球車能夠在無需攜帶大型自帶電池的情況下,在各個供能區域之間移動。哈爾濱工業大學的研究人員并非僅根據日照情況選擇位置,而是采用統計建模來確定最佳部署點,以實現能源覆蓋范圍最大化和強勁的網絡連接性。
中國研究人員表示,他們的優化方法創建了一個持續穩定的激光供能網絡。為驗證這一概念,研究團隊使用了美國國家航空航天局月球軌道激光高度計獲取的沙克爾頓隕坑周圍區域的數據,該隕坑是未來月球任務最重要的地點之一。
該模型將有效能源覆蓋率從近18%提升到24%以上,同時將區域連接性從40%以下提升到接近100%。模擬顯示,在約3英里(約4.8公里)的距離上,該系統仍能提供足夠的電力,支持月球車在月球永久陰影區運行。
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