月球动力应对能源挑战的下一代技术

　　月球动力——应对能源挑战的下一代技术
　　编译 陈讲运
　　图片：美国宇航局
　　未来人类对月球和更远太空的探索将需要新的发电和存储技术。
　　自上次人类登月任务已经过去近 50 年，随着美国计划其阿耳忒弥斯计划在 2024 年登陆下一个男人和第一个女人，这场竞赛正在回归。
　　与当月球是最终目的地时的阿波罗任务不同，这次与阿尔忒弥斯一起，它也被认为是人类探索火星的垫脚石。这反过来又提出了一系列新的人类支持挑战，需要克服才能在太空中长期存在。
　　在准备过程中，有人提议在月球上的一个大本营持续存在人类。在那里，从它在南极的预定位置，提出了一系列科学和探索活动，包括离开村庄一到两个月的探险，以推进必要的技术以及更多地了解月球和宇宙在大。
　　除了就地资源，电力也是人类在月球上生活和未来可能在火星上建立基地的基本要求。目前正在开发许多潜在的选择，以支持月球栖息地并为旅行车和其他操作提供动力。垂直太阳能电池阵列
　　其中最先进的是可垂直部署的太阳能电池阵列概念。
　　现有的空间额定太阳能电池阵列结构和部署系统设计用于微重力或水平表面部署。这个新概念的垂直位置和高度旨在最大限度地提高容量并防止在太阳升起离地平线不远的月球极点损失。
　　对于山丘和斜坡等岩石地层，低角度的光线会在表面投下阴影，这会阻止水平结构的太阳能电池阵列获得光线。高大的垂直太阳能发电结构将增加获得不间断光照的可能性。
　　垂直太阳能阵列。图片：美国宇航局
　　NASA 正在与五家公司合作以完善该技术。在第一阶段，这些公司——Astrobotic Technology、ATK Space Systems（Northrop Grumman）、Honeybee Robotics、Lockheed Martin 和 Space Systems Loral（Maxar Technologies）——将完成阵列的设计，这些阵列可以自主部署高达 9.5m 高并收回必要时搬迁。
　　此外，设计必须在陡峭的地形上保持稳定，能够抵抗磨蚀性月球尘埃，并最大限度地减少质量和包装体积，以帮助运送到月球表面。
　　在设计阶段结束时，NASA 计划选择最多两个设计来构建原型和进行环境测试，其中一个将在本十年结束时最终部署。
　　美国宇航局位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心领导垂直太阳能电池阵列开发的查克泰勒预计，应该在地球上实施使太阳能电池阵列在遇到月球阴影时更有效的发展。例如，家庭和企业主可以从改进的设计中受益，这些设计提高了偶尔因树木或高大建筑物而被遮蔽的屋顶太阳能电池阵列的效率。光弯机
　　另一个正在开发的用于月球南极基地部署的新概念是 Light Bender，它利用镜子和透镜的组合来捕捉、集中和聚焦太阳光。
　　然后，该光由菲涅耳透镜准直，以分配给一公里或更远距离的多个最终用户，在那里使用可安装在栖息地或资产上的小型（2-4m 直径）光伏阵列将其转换为电能。作为移动漫游者。
　　Light Bender 概念被认为优于激光功率束等替代方案，因为它只将光转换为电能一次，并且质量减少了大约 5 倍，与依赖于大量密集电缆的传统配电架构相比。
　　它还可以为永久阴影区域的科学和其他资产供电。
　　轻型弯管机概念。图片：NASA-Ronald Neale
　　最初的设计有主镜捕获相当于近 48 kWe 的阳光。最终用户电力取决于与主要收集点的距离，但初步分析表明，在 1 公里范围内至少有 9kWe 的连续电力可用。
　　正在进行的第一阶段研究将解决影响系统性能和操作适用性的系统设计问题。重要的是光学反射镜/透镜设计以及这种设计如何体现在机械结构中，旨在从一个小的封装体积中自主部署。主要的品质因数最终将是着陆质量的最小化。下一代配电
　　除了这些举措，美国宇航局的月球科学创新计划首次资助机会选择了三种配电技术进行调查，这些技术可用于支持月球上的活动。
　　由加州大学圣巴巴拉分校物理学教授 Philip Lubin 领导的 Moonbeam 项目正在开发一种紧凑的模块化＂定向能量＂系统，用于利用近红外激光进行无线电力传输。潜在的应用包括在月球永久阴影区域的勘探和资源利用，其中多个漫游车的距离超过 1 公里。