彎光機(jī)——一種能夠使宇航員在月球使用更多能源的設(shè)備

在不到三年的時(shí)間里，宇航員將自阿波羅時(shí)代以來(lái)首次重返月球。作為阿爾忒彌斯計(jì)劃的一部分，其目的不僅僅是完成載人任務(wù)、將宇航員送往月球表面探索和收集樣本。

這一次，也有建立重要基礎(chǔ)設(shè)施（如月球門戶和大本營(yíng)）的目標(biāo)，這將允許“可持續(xù)的月球探測(cè)”。

這項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵要求是提供電力，這在南極-艾特肯盆地這樣的地區(qū)可能很困難——這是一個(gè)永遠(yuǎn)籠罩在陰影下的隕石坑地區(qū)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)宇航局蘭利研究中心的一位名叫查爾斯·泰勒（Chareles Taylor）的研究人員提出了一個(gè)名為“彎光機(jī)”（Light Bender）的新概念。利用望遠(yuǎn)鏡光學(xué)，這個(gè)系統(tǒng)可以捕捉并分配月球上的陽(yáng)光。

彎光機(jī)概念是入選2021年NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念（NIAC）計(jì)劃第一階段的16個(gè)提案之一，該項(xiàng)目由NASA空間技術(shù)任務(wù)局（STMD）監(jiān)督。

與之前NIAC提交的方案一樣，這些入選的提案代表了廣泛的創(chuàng)新想法，可以幫助推進(jìn)NASA的太空探索目標(biāo)。

在種種背景下，Light Bender計(jì)劃解決了宇航員的需求，它們將成為阿爾忒彌斯任務(wù)的一部分，并將在隨后的月球任務(wù)中長(zhǎng)期存在。

泰勒概念的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自定日鏡（heliostat），這是一種可以調(diào)整以補(bǔ)償太陽(yáng)在天空中的明顯運(yùn)動(dòng)的裝置，這樣它就可以不斷地將陽(yáng)光反射到目標(biāo)上。

就彎光機(jī)而言，卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡光學(xué)器件用于捕獲、集中和聚焦太陽(yáng)光，而菲涅耳透鏡用于對(duì)齊光束，以便將光束分配到距離1公里（0.62英里）或更遠(yuǎn)的多個(gè)光源。然后，這種光被直徑為2到4米（約6.5到13英尺）的光伏陣列接收，這些光伏陣列將這些太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。

除了居住地，彎光機(jī)還能為低溫制冷裝置和漫游車等移動(dòng)設(shè)備提供電力。

這種陣列還可以通過(guò)為就地資源利用（In-Situ Resource Utilization，ISRU）元件提供電力，在創(chuàng)建重要的基礎(chǔ)設(shè)施方面發(fā)揮重要作用，例如車輛收集用于3D打印機(jī)模塊的當(dāng)?shù)馗⊥粒▽⒂盟鼇?lái)建造表面結(jié)構(gòu)）。

正如泰勒在他的NIAC第一階段方案聲明中所描述的那樣：“這一概念優(yōu)于高效激光功率傳輸?shù)忍娲桨福驗(yàn)樗恍鑼⒐廪D(zhuǎn)換為電能一次，也優(yōu)于依賴大量密集電纜的傳統(tǒng)配電架構(gòu)。與激光功率傳輸或基于高壓電纜的配電網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)技術(shù)解決方案相比，Light Bender的價(jià)值高出5倍。”

但這種系統(tǒng)最大的吸引力可能在于，它可以將電力分配到月球表面被永久遮蔽的隕石坑，這種區(qū)域在月球南極地區(qū)很常見(jiàn)。

在接下來(lái)的幾年里，包括NASA、ESA、Roscomos和中國(guó)國(guó)家航天局（CNSA）在內(nèi)的多個(gè)太空機(jī)構(gòu)希望在該地區(qū)建立長(zhǎng)期棲息地，因?yàn)槟抢锎嬖谒?、冰和其他資源。

該系統(tǒng)提供的能量水平也可與Kiloppower概念相媲美，Kiloppower概念是一種擬議的核裂變動(dòng)力系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)在月球或其他天體上的長(zhǎng)期停留。

據(jù)報(bào)道，該系統(tǒng)將提供10千瓦的電力容量。

泰勒寫(xiě)道：“在最初的設(shè)計(jì)中，主鏡能捕捉到相當(dāng)于48kwe的陽(yáng)光?！苯K端用戶的電力取決于到主采集點(diǎn)的距離，但信封背面的分析表明，在1公里內(nèi)至少有9kWe的持續(xù)電力可用。

最重要的是，泰勒強(qiáng)調(diào)，該系統(tǒng)產(chǎn)生的總電力是可擴(kuò)展的。

基本上來(lái)講，我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變主收集元件的大小、接收器元件的大小、節(jié)點(diǎn)之間的距離或者僅僅通過(guò)增加表面上的陽(yáng)光收集器的總數(shù)來(lái)增加采集的電力。隨著時(shí)間的推移，更多的基礎(chǔ)設(shè)施被添加到某一個(gè)地區(qū)，該系統(tǒng)也可以進(jìn)行擴(kuò)展以適應(yīng)。

與所有入選2021年NIAC計(jì)劃第一階段的提案一樣，泰勒的概念將獲得美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）高達(dá)12.5萬(wàn)美元的撥款。

所有一期研究員現(xiàn)在都處于最初為期九個(gè)月的可行性研究期，在此期間，設(shè)計(jì)師將評(píng)估他們?cè)O(shè)計(jì)的各個(gè)方面，并解決它們?cè)谀蠘O-艾特肯盆地運(yùn)營(yíng)后可能影響概念運(yùn)營(yíng)的可預(yù)見(jiàn)問(wèn)題。

特別是，泰勒將專注于如何根據(jù)不同的設(shè)計(jì)、材料和涂層來(lái)改進(jìn)光學(xué)鏡頭，從而產(chǎn)生可接受的光傳播水平。

他還將評(píng)估如何設(shè)計(jì)這種透鏡，使其在到達(dá)月球表面后能夠自動(dòng)展開(kāi)。自主部署的可能方法將是后續(xù)研究的主題。

在設(shè)計(jì)/可行性研究之后，于月球南極附近的一個(gè)月球基地的背景下，在持續(xù)的月球表面操作期間，泰勒將對(duì)Light Bender的建筑備選方案進(jìn)行評(píng)估。

主要的評(píng)估值是著陸質(zhì)量的最小化。將與已知的配電技術(shù)（如電纜和激光功率傳輸）進(jìn)行比較。

在這些可行性研究完成后，泰勒和其他第一階段的研究員將可以申請(qǐng)第二階段的獎(jiǎng)勵(lì)。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）空間技術(shù)任務(wù)局（STMD）負(fù)責(zé)早期創(chuàng)新和合作的負(fù)責(zé)人詹恩·古斯特蒂奇（Jenn Gustetic）說(shuō)：

“眾所周知，NIAC研究員有遠(yuǎn)大的夢(mèng)想，他們提出的技術(shù)看起來(lái)像是科幻小說(shuō)，與其他機(jī)構(gòu)項(xiàng)目資助的研究不同。我們預(yù)計(jì)這些技術(shù)不會(huì)全部實(shí)現(xiàn)，但我們認(rèn)識(shí)到，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，為早期研究提供少量種子資金可能會(huì)讓NASA受益良多?！?/p>

BY:sciencealert

FY: 羅導(dǎo)

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處