Лазерный свет, проникающий сквозь тьму, может привести в действие роботизированное исследование самых дразнящих мест в нашей Солнечной системе: постоянно затененных кратеров вокруг полюсов Луны, которые, как полагают, богаты водяным льдом и другими ценными материалами.
Программа ESA «Обнаружение и подготовка» финансировала разработку лазерной системы, обеспечивающей питание ровера на расстоянии до 15 км во время исследования некоторых из этих темных кратеров.
В самых высоких лунных широтах Солнце остается низким на горизонте в течение всего года, отбрасывая длинные тени, в которых кратеры оставались на протяжении миллиардов лет. Данные с орбитального спутника NASA Lunar Reconnaissance, индийского орбитального аппарата Chandrayaan-1 и европейского SMART-1 показывают, что эти «постоянно затененные районы» богаты водородом, что наводит на мысль о том, что там можно найти водяной лед.
Наряду с научным интересом, этот лед будет ценен для лунных колонистов, как источник питьевой воды, кислорода для дыхания, а также как источник водородного ракетного топлива. Но чтобы знать наверняка, нужно попасть в эти затемненные кратеры.
Любой луноход, исследующий затененные районы, должен обходиться без солнечной энергии, в то время как он борется с температурами, сопоставимыми с поверхностью Плутона, вплоть до –240 ° C, что всего на 30 градусов выше абсолютного нуля.
«Стандартным предложением для такой ситуации является оснащение ровера ядерными радиоизотопными термоэлектрическими генераторами», - комментирует инженер-робототехник ESA Мишель Ван Виннендаль. «Но это создает проблемы сложности, затрат и управления температурным режимом - луноход может настолько сильно нагреться, что поиск и анализ образцов льда фактически становится непрактичным. В качестве альтернативы в этом исследовании рассматривалось использование лазерной системы питания, вдохновленной наземными лазерными экспериментами, для обеспечения бесперебойной работы беспилотных летательных аппаратов и их полетов в течение нескольких часов».
10-месячный контракт PHILIP «Питание роверов с помощью лазерной индукции высокой интенсивности на планетах» был заключен с ESA итальянской компанией Leonardo и Румынским национальным институтом исследований и разработок в области оптоэлектроники, которые разработал проект лазерной разведки.
Проект включал в себя выбор места для приземления миссии, в почти постоянно освещенном Солнцем регионе между кратерами Южного полюса де Жерлаш и Шеклтон. На этом посадочном корабле должен находиться 500-ваттный инфракрасный лазер на солнечной энергии, который бы питал луноход, когда тот находился в затененных районах.
Луноход преобразовал бы этот лазерный свет в электроэнергию, используя модифицированную версию стандартной солнечной панели с фотодиодами по бокам панели, удерживающими его на лазере с точностью до сантиметрового масштаба.
В ходе исследования были определены маршруты, по которым луноход должен был бы двигаться вниз с относительно пологим уклоном в 10 градусов, сохраняя при этом прямую видимость посадочного аппарата. Лазерный луч можно использовать в качестве двусторонней линии связи с модулирующим светоотражателем, установленным на второй солнечной панели лунохода, посылая импульсы сигнала в отраженном свете обратно на посадочную площадку.
Руководствуясь требованиями проекта, ESA ранее проводила полевые испытания ночью на луноподобном регионе Тенерифе, чтобы имитировать работу лунохода в постоянной тени.
Мишель добавляет: «С завершением проекта PHILIP мы на один шаг приблизились к подключению лунохода к лазерам для исследования темных участков Луны. Мы находимся на этапе, когда могут начаться создание прототипов и тестирование, осуществляемое с помощью последующих технологических программ ESA».
