Wetenschap
Draadloze energietransmissie zou verkenning van de andere kant van de maan mogelijk kunnen maken
Hoe kan toekomstige maanverkenning communiceren vanaf de andere kant van de maan, ook al is deze nooit in lijn met de aarde? Dit is wat een recent onderzoek heeft ingediend bij IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems hoopt aan te spreken terwijl een paar onderzoekers van de Polytechnique Montréal het potentieel onderzochten voor een draadloze energietransmissiemethode (WPT), bestaande uit één tot drie satellieten op Aarde-maan Lagrange Point 2 (EMLP-2) en een op zonne-energie werkende ontvanger aan de andere kant van de maan.
Deze studie, beschikbaar op de arXiv preprint-server, heeft het potentieel om wetenschappers en toekomstige maanastronauten te helpen een constante communicatie tussen de aarde en de maan te behouden, aangezien de andere kant van de maan altijd van de aarde af is gericht, omdat de rotatie van de maan bijna volledig gesynchroniseerd is met zijn baan rond de aarde.
Hier bespreekt Universe Today dit onderzoek met Dr. Gunes Karabulut Kurt, universitair hoofddocent aan de IEEE Polytechnique Montréal en co-auteur van het onderzoek, over de motivatie achter het onderzoek, significante resultaten, vervolgonderzoek en implicaties voor WPT. Wat was de motivatie achter dit onderzoek?
"Dit onderzoek is gemotiveerd door het doel om de logistieke en technische uitdagingen te overwinnen die gepaard gaan met het gebruik van traditionele kabels op het maanoppervlak", vertelt Dr. Kurt aan Universe Today. “Het leggen van kabels op het ruwe, stoffige oppervlak van de maan zou leiden tot voortdurende onderhouds- en slijtageproblemen, omdat maanstof zeer schurend is. Aan de andere kant vereist het transporteren van grote hoeveelheden kabels naar de maan een aanzienlijke hoeveelheid brandstof, wat aanzienlijk bijdraagt aan de de kosten van de missie."
Voor het onderzoek gebruikten de onderzoekers een groot aantal berekeningen en computermodellen om vast te stellen of één, twee of drie satellieten voldoende zijn binnen een EMLP-2 halo-baan om zowel een constante dekking van de achterkant van de maan (LFS) als de zichtlijn te behouden. met de aarde. Ter context:EMLP-2 bevindt zich aan de andere kant van de maan, waarbij de halo-baan loodrecht (of zijwaarts) staat op de baan van de maan. De berekeningen die bij het onderzoek betrokken waren, omvatten de afstanden tussen elke satelliet, de antennehoeken tussen de satellieten en de oppervlakteontvanger, de hoeveelheid LFS-oppervlaktedekking en de hoeveelheid uitgezonden vermogen tussen de satellieten en LFS-oppervlakteantennes. Wat waren de belangrijkste resultaten van dit onderzoek?
Dr. Kurt vertelt aan Universe Today dat hun modellen concludeerden dat drie satellieten in een EMLP-2 halo-baan en die op gelijke afstanden van elkaar opereren, "continu vermogen kunnen bereiken dat naar een optische ontvangerantenne ergens aan de andere kant van de maan wordt gestuurd" terwijl ze 100 procent LFS behouden. dekking en zichtlijn met de aarde. "Afgezien van het drievoudige satellietschema dat continue volledige LFS-dekking biedt, biedt zelfs een configuratie met twee satellieten volledige dekking gedurende 88,60% van een volledige cyclus rond de EMLP-2-halobaan", voegt Dr. Kurt toe.
Over vervolgonderzoek zegt Dr. Kurt tegen Universe Today:“Onze toekomstige studies zullen zich richten op complexere oogst- en transmissiemodellen om dichter bij de werkelijkheid te komen. Aan de andere kant zal een aanpak die rekening houdt met de onregelmatige aard van maanstof en de variatie in de dichtheid ervan als gevolg van omgevingsfactoren zoals de hoek onder de zon en andere. Als het onderzoek op dit gebied doorgaat, kun je dit in de toekomst experimenteel onderzoeken met maanstofsimulanten en lasers."
Deze studie komt op het moment dat NASA zich voorbereidt om voor het eerst sinds 1972 astronauten naar de maan te sturen met het Artemis-programma, waarvan het doel zal zijn om de eerste vrouw en persoon van kleur op het maanoppervlak te laten landen. Met het succes van de Artemis 1-missie in november 2022, die bestond uit een onbemande Orion-capsule die in een baan om de maan cirkelde, richt NASA zich momenteel op september 2025 voor hun Artemis 2-missie, die volgens de planning een 10-daagse, bemande missie van vier personen zal zijn. de Orion-capsule voor een maanvlucht, met als doel een volledige systeemcontrole van de Orion-capsule uit te voeren. Welke implicaties kan deze studie daarom hebben voor de komende Artemis-missies, of voor een toekomstige menselijke verkenning van de maan?
"De bevindingen hebben implicaties voor het ontwerp van energietransmissiesystemen op de maan", vertelt Dr. Kurt aan Universe Today. "Een beter begrip van de verstoringen van de draadloze transmissie, zoals maanstof, kan leiden tot de ontwikkeling van efficiëntere en betrouwbaardere systemen voor het aandrijven van maanmissies en infrastructuur, inclusief die gerelateerd aan het Artemis-programma en toekomstige menselijke verkenningsinspanningen."
Als dit lukt, zal Artemis 2 in september 2026 worden gevolgd door Artemis 3, die ook zal bestaan uit een bemanning van vier personen met twee bemanningsleden die op het maanoppervlak landen en een missieduur van ongeveer 30 dagen. Dit zal worden gevolgd door Artemis 4, Artemis 5 en Artemis 6, die momenteel gepland zijn voor respectievelijk september 2028, september 2029 en september 2030, waarbij elke missie toeneemt in zowel het aantal astronauten dat op het maanoppervlak landt als het verwachte aantal astronauten dat op het maanoppervlak landt. leveringen van maanhabitatmodules en maanrovers.
"Bovendien richt de Artemis-missie zich op de zuidpool van de maan voor zijn landingsplaatsen", vertelt Dr. Kurt aan Universe Today. "Deze regio is van bijzonder belang vanwege de aanwezigheid van pieken van eeuwig licht (PEL's), die vrijwel continu zonlicht ontvangen, en permanent beschaduwde gebieden (PSR's), die potentiële locaties zijn voor hulpbronnen zoals waterijs. Deze contrasterende omstandigheden zijn ideaal voor de toepassing van draadloze energietransmissie (laser power beaming-technologie), die voor een continue stroomvoorziening in schaduwrijke gebieden zou kunnen zorgen door energie draadloos uit verlichte gebieden te verzenden."
De reden dat deze PSR's bestaan, is te wijten aan de lage scheefstand van de maan, oftewel axiale kanteling, die volgens de studie 6,68 graden bedraagt. Ter context:de helling van de aarde is 23,44 graden. Dit betekent dat er gebieden, en met name kraters, op zowel de noord- als de zuidpool van de maan zijn die geen zonlicht ontvangen, vandaar de naam 'permanent in de schaduw gestelde gebieden'. Zoals Dr. Kurt opmerkte, zouden deze PSR's de thuisbasis kunnen zijn van afzettingen van waterijs in deze diepe, donkere kraters die astronauten zouden kunnen gebruiken voor water, brandstof en andere behoeften.
De Artemis-missies zijn van plan om niet alleen astronauten naar het maanoppervlak te brengen, maar ook een leefgebied en maanrovers met als doel een permanente menselijke aanwezigheid op de maan te vestigen. Dit zal mogelijkheden bieden voor het demonstreren van nieuwe ruimtetechnologieën die kunnen worden gebruikt voor zowel maanverkenning als toekomstige menselijke missies naar Mars, die deel uitmaken van NASA's maan naar Mars-architectuur.
"De huidige missies zijn van plan om op de aarde bewezen technologie te hergebruiken", vertelt Dr. Kurt aan Universe Today. "Deze mentaliteit kan de blue-sky-ontwerpbenadering ondermijnen, waarbij onderzoekers worden aangemoedigd om vrij te denken, creatieve ideeën te verkennen en de grenzen te verleggen van wat mogelijk is, zonder beperkt te worden door beperkingen zoals specifieke projectvereisten of achterwaartse compatibiliteit. In ons werk streven we ernaar om multifunctionaliteitsaspecten op te nemen, die geen noodzaak zijn voor terrestrische toepassingen, maar wel essentieel kunnen blijken te zijn voor toekomstige ruimtemissies."