Mėnulio ašigalių krateriai yra nuolatiniame šešėlyje. Tačiau jos taip pat yra intriguojančios vietos dėl vandens ledo ir kitų medžiagų nuosėdų. ESA kuria idėją apie marsaeigį, galintį tyrinėti šias sritis naudojant lazerių energiją.
Visi mano, kad žino, kas yra lazeriai: jie yra šviesos pluoštai. Na, iš esmės, taip.
Lazeris reiškia šviesos stiprinimą stimuliuojant elektromagnetinę spinduliuotę. Lazeris iš esmės yra fokusuota šviesa. Nors dauguma šviesos laikoma nenuoseklia, lazeriai yra koherentiški. Jie gali būti erdviškai nuoseklūs, o tai reiškia, kad spindulys išliks sufokusuotas dideliais atstumais ir neišsiplečia. Ir jie gali būti laikinai nuoseklūs, tai reiškia, kad jie gali skleisti šviesą labai siaurame spektre, iš esmės vienos spalvos.
Pirmasis lazeris buvo išrastas 1960 m. JAV. Dabar jie naudojami visokių dalykų , įskaitant astronomiją. Observatorijos naudoja lazerines rodykles, kad sukurtų lazerines kreipiamąsias žvaigždes, kurios vėliau naudojamos adaptyviajai optikai kalibruoti.
Lazerinė kreipiamoji žvaigždė VLT. Vaizdo kreditas: G. Hüdepohl/ESO – http://www.eso.org/public/images/gerd_huedepohl_4/, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11683404
Lazeriai buvo pateikti kaip rūšis erdvėlaivio varomoji jėga , taip pat. Teoriškai pakankamai galingas lazeris galėtų būti naudojamas maitinti erdvėlaivius per Saulės sistemą. lazeriu stumiama šviesos burė.
Bet tai pirmas kartas, kai girdime apie lazerio panaudojimą roverio varymui Mėnulyje.
Idėja kilo iš Europos kosmoso agentūros (ESA) Atradimas ir pasiruošimas programa. Programos tikslas – „padėti pagrindą būsimai Agentūros veiklai trumpuoju ir vidutinės trukmės laikotarpiu“. O trumpuoju ir vidutiniu laikotarpiu Mėnulis tikrai yra meniu.
Mėnulis nepanašus į Žemę. Kai Žemė sukasi apie savo ašį, ji patiria ryškius metų laikus. Labiausiai juos jaučia poliariniai regionai. Kartais stulpuose yra 24 valandų tamsa, kartais 24 valandų šviesa. Žemės ašies posvyris yra apie 23,5 laipsnio, o Mėnulio - 1,5 laipsnio ekliptikos atžvilgiu.
Taigi Mėnulyje, aukščiausiose platumose, Saulė yra žemai horizonte dėl 1,5 laipsnio pasvirimo. Kraterio grindys gali būti nuolatiniame šešėlyje. Tai iš tikrųjų yra geras dalykas mums, nes ten yra vandens . Bet tai blogai, nes be šviesos juos sunku ištirti. Ten nėra saulės energija varomų roverių.
Atviras vandens ledas (žali arba mėlyni taškai) Mėnulio poliariniuose regionuose ir temperatūra. Kreditas: Shuai Li
NASA žaidė su roverio, kuris galėtų tyrinėti tuos tamsius kraterius, idėja. Skambino VIPER , jis aplankytų šešėlines sritis, kai maitina akumuliatorių, bet turėtų reguliariai ieškoti saulės šviesos, kad pasikrautų. Tai gana svarbus ribojantis veiksnys.
Jei apskritai vadovaujatės rover dizainu, žinote, kad iš esmės yra du jų maitinimo variantai: saulės energija arba radioizotopiniai termoelektriniai generatoriai (RTG), kurie sugauna šilumą iš yrančio radioaktyvaus elemento, kad sukurtų elektros energiją. Plutonis 238 dažniausiai naudojamas, ir taip veikia MSL Curiosity.
Tačiau, pasak ESA, RTG gali būti ne geriausias pasirinkimas šiai misijai. Jie gamina daug šilumos, o tai gali apsunkinti ledo tyrimą.
„Standartinis pasiūlymas tokiai situacijai yra aprūpinti roverį branduoliniais radioizotopiniais termoelektriniais generatoriais“, – komentavo ESA robotikos inžinierius Michelis Van Winnendaelis. „Tačiau tai kelia sudėtingumo, sąnaudų ir šilumos valdymo problemų – roveris gali įkaisti tiek, kad ledo mėginių žvalgymas ir analizė iš tikrųjų tampa nepraktiška.
NASA MSL Curiosity, atliekančio savo darbą Marse, portretas. Roverį maitina RTG, radioizotopinis termoelektrinis generatorius. Tačiau tai gali sukurti per daug šilumos marsaeigiui, skirtam Mėnulyje esančioms ledo nuosėdoms tirti. Vaizdas: NASA/JPL-Caltech/MSSS
ESA Atradimų ir pasirengimo programos vaidmuo yra mąstyti už lauko ribų ir spręsti iškilusias problemas. Norėdami tai padaryti, jie pažvelgė į tokius dalykus kaip lazeriu varomi dronai, pvz., DARPA (Defense Advanced Research Project Agency). Tylus sakalas . Tai saulės elektrinis dronas, kuris lazeriu įkrauna savo baterijas ir teoriškai skraido amžinai.
„Kaip alternatyva, šiame tyrime buvo siekiama panaudoti lazeriu pagrįstą maitinimo sistemą, įkvėptą antžeminių lazerių eksperimentų, kad bepiločiai orlaiviai veiktų ir skraidytų valandų valandas“, – sakė Van Winnendaelis.
Marsaeigį maitinantis lazeris nebūtų nei Žemėje, nei Mėnulio orbitoje. Jis būtų Mėnulio paviršiuje, nutolęs nuo 4 iki 15 km (2,5–9,3 mylių). Pats lazerio energijos šaltinis būtų varomas saulės energija.
EKA sudarė sutartį šiai idėjai plėtoti. Jie atidavė jį Italijai Leonardo įmonė ir Rumunijos nacionalinis optoelektronikos tyrimų ir plėtros institutas . Jame dalyvauja ir lander, ir rover. Nusileidimo aparatas būtų kažkur netoli Pietų ašigalio de Gerlache ir Shackleton kraterių, vietoje, kur beveik nuolatos saulės šviesa. Iš ten 500 vatų saulės energija varomas infraraudonųjų spindulių lazeris būtų nukreiptas į 250 kg (550 svarų) roverį. Kai marsaeigis pateko į šešėlines zonas, lazeris treniruodavosi ant roverio.
Pats roveris gautų lazerį ant modifikuotų saulės baterijų ir paverstų jį elektra. Fotodiodai saulės kolektorių šonuose valdytų lazerio taikymą.
10 mėnesių trukmės tyrimas, pavadintas PHILIP (Powering Rovers by High Intensity Laser Induction on Planets), apėmė tinkamų maršrutų paiešką, kad visa tai veiktų. Jie ieškojo kelių žemyn į kraterius, kurių nuolydis buvo švelnus 10 laipsnių ir kad roveris kontaktuotų su lazeriu.
Vaizdas iš PHILIP tyrimo, kuriame parodyta misijos nusileidimo vieta ir trys PSR, nuolatiniai šešėliai regionai, tarp de Gerlache ir Shackleton kraterių. Shackleton kraterio kraštas yra tamsi sritis dešinėje. Vaizdo kreditas: ESA/Leonardo
Pasak ESA, lazeris taip pat galėtų atlikti dvigubą ryšio funkciją. Jis gali būti naudojamas kaip dvipusio ryšio ryšys. Antroje iš dviejų marsaeigio plokščių galėtų būti retroreflektorius, kuris siųstų šviesos impulsus kaip signalus atgal į nusileidimo įrenginį.
ESA jau padarė atliko tam tikrus bandymus . Jie pasitelkė Tenerifę, vieną iš Kanarų salų, siekdami dirbti su roveriais beveik nuolatinėje tamsoje. Nors lazerio varomoji jėga ten dar nebuvo išbandyta, tai gali būti ateityje.
„Pasibaigus PHILIP projektui, mes vienu žingsniu priartėjome prie roverių aprūpinimo lazeriais, kad jie galėtų tyrinėti tamsiąsias Mėnulio dalis“, – sakė ESA Van Winnendael. „Esame tokioje stadijoje, kai gali prasidėti prototipų kūrimas ir bandymai, atliekami tolesnėmis ESA technologijų programomis.
Daugiau:
- Pranešimas spaudai: Lazerinis roveris tamsiems Mėnulio šešėliams tyrinėti
- TAI: Marsaeigių maitinimas naudojant didelio intensyvumo lazerinę indukciją planetose (PHILIP)
- Visata šiandien: Galėtume sukurti galingą lazerį ir per 20 000 šviesmečių leisti bet kuriai civilizacijai žinoti, kad esame čia. Nors... Ar turėtume?
