Американские исследователи разрабатывают устройства, предназначенные для направления солнечного света в затененные лунные кратеры. Это обеспечит будущим поселенцам постоянный доступ к водному льду, который в изобилии содержится в этих кратерах и необходим для поддержания жизни на Луне.
Ученые давно проявляют интерес к Южному полюсу Луны. Это обусловлено наличием там постоянно затененных кратеров, в которых содержится много водяного льда. Предполагается, что будущие колонизаторы будут добывать этот лед для обеспечения первых лунных поселений кислородом, водой и топливом.
Лунный водяной лед имеет значительный возраст, что делает его особенно привлекательным для научных исследований. В период относительной молодости Луны ее поверхность регулярно подвергалась бомбардировке кометами, содержащими воду, а вулканическая деятельность высвобождала водяной пар из глубин (наше Луна действительно имела вулканы). По мнению ряда исследователей, со временем вода и водяной пар могли конденсироваться в лед, который с тех пор сохраняется в недрах кратеров, защищенных от солнечного излучения.
Naked Science не раз писал, согласно одной из основных современных теорий формирования Луны, она образовалась в результате множественных столкновений. Эта гипотеза предполагает, что Селена возникла из обломков, которые были выброшены в космос в результате ударов астероидов о Землю. В случае, если эта теория верна, древний лунный лед, расположенный в полярных областях, должен обладать изотопным составом, очень похожим на земной. Таким образом, исследование лунного льда позволит ученым получить дополнительные сведения о происхождении Земли и Луны, а также, возможно, прояснить вопросы о возникновении жизни на нашей планете.
Согласно информации, полученной от индийского зонда «Чандраян-1» и станции NASA LRO, дно вечно затененных лунных кратеров может находиться более 600 миллиардов килограммов водяного льда. Если его растопить, воды хватит, чтобы заполнить по меньшей мере 240 тысяч олимпийских бассейнов.
Для извлечения этого ценного ресурса требуется энергия, которая будет обеспечивать работу всех систем, используемых для поиска и добычи. Постоянное нахождение льда в тени существенно усложняет доступ к нему.
Инженеры из Техасского департамента аэрокосмической техники, работая вместе с исследователями из Научно-исследовательского центра NASA имени Ленгли, разработали способ, который упростит использование льда колонизаторам — это специальные отражатели. О своей разработке инженеры рассказали порталу UniverseToday.
Технология, разработанная американскими учеными, включает в себя набор отражателей, размещаемых по периметру кратера, куда направляется свет (называемые пики вечного света), отражатели «улавливают» свет и направляют его на приемник, расположенный на дне темного кратера. Приемник, в свою очередь, распределяет полученную энергию по системам, функционирующим в кратере.
Инженеры использовали компьютерное моделирование для определения наиболее эффективной формы отражателя, обеспечивающей максимальную светопередачу. Согласно предварительным расчетам, оптимальной является параболическая форма.
Ученые часто применяют параболические конструкции на Земле, которые используются в различных устройствах, включая телескопы, микрофоны и автомобильные фары, а также в солнечных параболических отражателях. На нашей планете исследователи могут создавать эти конструкции любого размера и размещать их в необходимых местах, однако такая возможность нереализуема на Луне. Лунный отражатель должен быть максимально компактным, поскольку каждый лишний килограмм груза, отправляемый в космос, существенно увеличивает расходы.
Американские инженеры стремятся разработать отражатель, который был бы достаточно компактным для транспортировки на Луну без значительных дополнительных затрат и при этом обладал бы достаточной эффективностью для перенаправления максимального потока солнечной энергии.
Для одновременного решения двух задач ученые создали самоформирующийся материал, основанный на природных компонентах. Он обладает способностью изменять свою форму в зависимости от внешних условий: увеличиваться в объеме при необходимости, а в других случаях – уменьшаться.
Американским инженерам необходимо решить еще одну задачу для обеспечения полной функциональности их технологии — это влияние значительных колебаний температуры.
В полдень на лунном экваторе температура способна достигать плюс 121 градус Цельсия, что значительно превышает земные показатели. Однако в ночное время она падает до минус 133 градуса. В постоянно затененных кратерах температура и вовсе опускается до отметки минус 250 градусов.
Разработан новый материал, способный выдерживать значительные колебания температуры. Этот материал обладает эффектом памяти формы и позволяет изменять геометрию отражателя в зависимости от температуры. Таким образом, отражатель будет адаптировать свою форму для выдерживания конкретных температурных условий.
«Материал будет содержать сплавы с памятью формы, способные самостоятельно адаптировать теплоотдачу в зависимости от температуры окружающей среды. «Перепады температур для нас не являются проблемой», — отметил Даррен Хартл, один из разработчиков.
В 2019 году NASA заявило о намерении организовать возвращение людей на Луну (миссия «Артемида-3», в планах – возвращение на Луну (не ранее 2026 года), создание международной обитаемой окололунной станции Deep Space Gateway и развертывание постоянной базы на поверхности Луны для проведения масштабных исследований. Для реализации этих амбициозных задач требуются современные технологии, поэтому разработанные американскими инженерами отражатели и самоформирующийся материал могут оказаться ключевыми для успеха будущих миссий.