Затенённый кратер станет убежищем для исследователей Луны

Затенённый кратер
Затенённый кратер на Луне и будущая колония. Авторы и права: NASA.

С помощью международных и коммерческих партнёров НАСА впервые за более чем пятьдесят лет отправляет астронавтов на Луну. Помимо отправки миссий с экипажем на поверхность Луны, долгосрочная цель программы “Артемида” состоит в том, чтобы создать необходимую инфраструктуру для устойчивого исследования и освоения нашего естественного спутника. Но в отличие от миссий “Аполлон”, которые отправляли астронавтов в экваториальную область Луны, программа “Артемида” нацелена на наиболее подходящий затенённый кратер на Южном полюсе Луны – бассейне Эйткен, кульминацией чего станет создание среды обитания (базовый лагерь “Артемиды”).

Этот регион содержит много вечно затенённых кратеров и имеет ночной цикл, который длится четырнадцать дней (лунная ночь). Поскольку в этих условиях солнечная энергия будет ограничена, астронавтам “Артемиды”, космическим аппаратам, марсоходам и другим наземным элементам потребуются дополнительные источники энергии, которые смогут работать в кратерах и в течение долгих лунных ночей. В поисках потенциальных решений Аэрокосмический институт Огайо (OAI) и Исследовательский центр Гленна недавно провели два семинара по космическим ядерным технологиям, призванных найти решения для длительных миссий за пределами Земли.

Исследовательский центр Гленна является домом для разработки энергосистем НАСА, где инженеры и техники занимаются проектированием передовых методов выработки электроэнергии, преобразования энергии и её хранения – с приложениями, варьирующимися от солнечных, тепловых и аккумуляторных до радиоизотопов, деления и регенеративных топливных элементов. OAI, базирующаяся в Клеванде, – это некоммерческая исследовательская группа, занимающаяся укреплением партнёрских отношений между правительством и промышленностью для дальнейших аэрокосмических исследований. OAI имеет долгую историю сотрудничества и заключения контрактов с НАСА и Министерством обороны.

Методы выработки энергии

Эти семинары стали последним шагом НАСА и Министерства энергетики США в совместной разработке ядерных технологий для пилотируемых программ исследования космоса. Что касается двигательной установки, эти усилия были направлены на продвижение предложений по ядерно-тепловым и ядерно-электрическим двигательным установкам (НТП / НЭП). В первом случае ядерный реактор используется для нагрева топлива, такого как жидкий водород (LH2); в последнем реактор вырабатывает электричество для магнитного двигателя, который ионизирует инертный газ, такой как ксенон.

Колония на Луне
Иллюстрация концептуальной лунной базы с 3D-печатной инфраструктурой, включая посадочные площадки и жилые помещения. Авторы и права: ICON / SEArch+.

В 2021 году НАСА и Министерство энергетики выбрали три предложения по конструкции реактора для ядерной тепловой системы, которая могла бы отправлять грузы и экипажи на Марс и научные миссии во внешние части Солнечной системы. Контракты на сумму около 5 миллионов долларов каждый были заключены через Национальную лабораторию Министерства энергетики штата Айдахо (INL). В июне 2022 года они выбрали три предложения по концепции дизайна системы Fission Surface Power (FSB), которые будут расширять проект НАСА Kilopower и могут быть отправлены на Луну в качестве демонстрации технологии для программы “Артемида”.

На семинарах по ядерным технологиям собралось более 100 инженеров, менеджеров и экспертов по энергетическим системам из правительства, промышленности и научных кругов, чтобы обсудить самые разные темы, от наземной энергетики деления до космических ядерных двигательных установок. В мероприятии приняли участие спикеры и участники дискуссии из НАСА, Министерства энергетики США (DoE), Министерства обороны (DoD) и коммерческого сектора, чтобы поделиться знаниями, результатами и уроками, извлечёнными из прошлых усилий по развитию ядерных технологий.

“Для исследования Луны и Марса необходим надёжный источник энергии и ядерные технологии могут обеспечить нас такой энергиеё в любой среде или месте, независимо от доступного солнечного света. По мере того, как мы продвигаемся вперёд с такими проектами, как Fission Surface Power или ядерная двигательная установка, имеет смысл взглянуть на работу, проделанную в прошлом в НАСА и других агентствах, чтобы увидеть, чему мы можем научиться”, – сказал Тодд Тофил, руководитель проекта НАСА Fission Surface Power.

Возможности и ограничения

Первый семинар (в ноябре) включал обсуждение требований миссий, использующих ядерную энергию, такие как длительные миссии за пределами Земли, где использование солнечной энергии не всегда возможно. Например, южная полярная область Луны, а также Марс, где расстояние, вечно затенённые кратеры и периодические пыльные бури также могут ограничивать поступление солнечной энергии. На семинаре также обсуждалось тестовое оборудование из предыдущих программ, которое может быть применимо к сегодняшним проектам.

“Семинар предоставил прекрасную возможность обсудить достижения в области технологий и предоставить новым отраслевым командам возможность извлечь уроки из прошлого и развить уже заложенный фундамент. Тесное сотрудничество между промышленностью и правительством и обмен знаниями помогут нам добиться успеха в будущих миссиях”, – сказал Ли Мейсон, заместитель начальника отдела энергетики Гленна.

Второй семинар состоялся в начале декабря, и в нём приняли участие более 500 человек из 28 стран (лично и виртуально), чтобы обсудить, как решать экстремальные проблемы работы в лунную ночь. В ходе трёхдневного семинара участники узнали о соответствующих разработках в этой области от экспертов по энергетике и тепловым технологиям из НАСА и других организаций. К ним относятся те, которые финансируются Управлением миссий космических технологий НАСА (STMD) и Управлением миссий по развитию исследовательских систем (ESDMD).

Обновления статуса были также предоставлены несколькими коммерческими организациями, которые сотрудничают с НАСА в рамках инициативы Commercial Lunar Payload Services (CLPS), которая начнёт проводить эксперименты и демонстрации технологий на поверхности Луны в начале 2023 года. Большинство этих миссий полагаются на солнечные батареи или аккумуляторы и столкнутся с энергетическими и тепловыми проблемами, когда приземлятся в бассейне Эйткен на Южном полюсе. Поскольку эти системы должны оставаться в эксплуатации дольше, чем лунный день (также 14 дней), поставщики CLPS также получат выгоду от передовых систем питания.

Затенённый кратер и колонизация Луны

Луна изобилует экстремальными условиями, особенно во время лунной ночи, к которым исследователи должны быть готовы. На семинаре собрались вместе ведущие экспертов из НАСА, коммерческих организаций, академических кругов и других государственных организаций, чтобы поделиться идеями, рассмотреть технические возможности и обсудить предстоящие проблемы и решения. Семинар стал учебным опытом для всех участников и помог углубить понимание различных технических возможностей и ограничений.

Ровер на Луне
Ровер на Луне Mobile Power Rover 1 будет снабжать электричеством роботов, исследующих постоянно затенённые кратеры. Авторы и права: STELLS.

Эти семинары также основаны на Инициативе НАСА по инновациям на поверхности Луны, которая посвящена развитию партнёрских отношений, которые приведут к технологиям, необходимым для жизни и исследований на поверхности Луны. И затенённый кратер станет отличным вариантом для строительства базового лагеря для миссии “Артемида”. Инициатива особенно сосредоточена на технологиях, позволяющих использовать ресурсы на месте (ISRU), выработке электроэнергии, уменьшении количества лунной пыли, раскопках и строительстве на поверхности Луны, исследовании лунной среды и других методах, которые обеспечат устойчивое присутствие человека на Луне на десятилетия вперёд.

Ещё одна долгосрочная цель программы “Артемида” – создание инфраструктуры и получение опыта, которые позволят осуществлять пилотируемые миссии на Марс в начале 2030-х годов. Это создаёт ещё большие проблемы, начиная от логистики и транспортировки (время в пути до девяти месяцев) и заканчивая энергетическими системами для наземных операций. Здесь также пользуются большим спросом ядерные двигатели (которые могут сократить время в пути до 100 дней) и ядерные реакторы, которые могут питать наземные жилища и транспортные средства для длительных миссий.

Это ещё один пример того, как эта эпоха возобновления освоения космоса (Космическая эра 2.0) стимулирует развитие технологий, о которых мечтали десятилетиями!

Больше информации: NASA

Оставьте комментарий