中国近年来在航空航天领域的突破引发全球关注,尤其是月球探索计划。
而在探月工程的推进过程中,一个亟待解决的难题逐渐浮出水面:如何为处于极端环境下的月球航天器提供持续的能源支持。
最近,一项被称为激光无线电力传输(Laser Wireless Power Transmission,简称LWPT)的技术概念引发了广泛讨论。
这一技术或许能够改变月球探索的能源供给模式,为未来人类深空探索提供创新思路。
月球的特殊环境一直以来令人类在如何实现能源供给问题上显得格外棘手,由于月球与地球的潮汐锁定效应,月球的一天相当于地球上的27.3天,其中昼夜各占约14天。
在这漫长的黑夜中,温度可能骤降至零下200摄氏度,对于航天器而言,这不仅是对耐寒性的考验,也是一场能源供给的艰难博弈。
目前,放射性同位素电源和核反应堆虽然能够在一定程度上解决月夜供电问题,但这两种方案都存在明显的缺点。
放射性同位素电源功率输出有限且成本高昂,而核反应堆则复杂性高、安全性难以保障。
相比之下,轨道激光无线电力传输系统以其灵活性和可扩展性成为了一种颇具潜力的解决方案。
具体而言,这种技术通过轨道上的激光发射系统,将高能激光束传递到月球表面的接收装置上,然后通过光电转换装置将激光能量转化为电能供航天器使用。
这一技术的核心包括三个部分:激光发射系统、激光接收系统以及光束指向控制装置。
激光发射系统负责将太阳能转化为激光,接收系统则将接收到的激光转换成电能,而光束指向控制装置确保能量传输的精确性。
据美国太空新闻网报道,中国研究人员针对这一领域已经有了新的研究成果提出,具体来说就是开发高功率激光器和高精度激光发射系统并尽快进行在轨测试,以实现LWPT技术落地。
这不仅可以在月球长夜中提供稳定的电力支持,还能使航天器在月球极地永久阴影陨石坑中运行成为可能。
根据研究,运行于月球极轨的激光无线供电系统可以为月球极区及附近区域的探测器提供持续电力,轨道器配置大功率太阳电池阵列及激光发射装置,接收端则安装在月表探测器上的激光电池阵。
这种系统可以在轨道器和探测器的可见弧段之间进行能量传输,达到平均供电功率2.7千瓦,满足探测器生存及部分工作需求,可以说前景相当广阔。
这一技术一旦成功不仅将为中国的月球探索计划提供强大助力,还可能彻底改变全球月球开发的技术格局。
当然,尽管这一技术充满前景,但其实现起来也并非易事,LWPT面临着效率低、传输范围有限、可见性受阻以及操作复杂等一系列挑战。
例如,高功率激光器的开发需要突破现有技术瓶颈,确保其能够在真空环境下长期稳定工作;激光传输过程中的精准对准问题则需要极高的技术支持,一旦出现偏差,可能导致能源无法有效传输。
此外,月球轨道器与地面接收器之间的距离也对激光传输的效率提出了严苛要求。
然而,这些技术难题并未阻挡中国在这一领域的探索步伐。
嫦娥七号和嫦娥八号任务在紧锣密鼓推进中,将分别于2026年和2028年发射,目标是评估月球资源可用性,特别是在永久阴影区寻找水冰并测试原位资源利用技术。
中国还计划在2030年代建成国际月球研究站(ILRS),这一基地将由多个航天器协同构建,逐步实现电力、通信及基础设施的全面覆盖,而LWPT系统将是其中至关重要的组成部分。
从更宏观的角度来看,LWPT技术的应用也不仅服务于月球探索,还可能对中国的整体航天发展产生深远影响。
目前,中国也在研究太空太阳能发电的可能性,希望通过在地球静止轨道发电并将其传回地球的方式解决地面能源短缺问题,天宫空间站正被用作测试太空极地发电关键技术的平台。
此外,中国还计划研发千米级超大型航天器,以应对这一项目的规模需求,这些举措都表明,中国正以系统性、前瞻性的视角布局未来的太空能源利用。
中国在轨道激光技术领域的快速进展也引发了国际社会的关注。美媒报道称,中国的这一突破具有革命性意义。
并指出,美国和欧洲早在20世纪90年代就开始研究利用激光为行星表面航天器供电的类似技术,但相关研究多停留在理论阶段,实际进展有限。
相比之下,中国在吸收这些经验教训的基础上,结合自身的技术积累与产业链优势,正在试图走出一条全新的道路,不仅提出了这一技术方案,还在快速推动关键技术的验证和实施。
可以预见,若能成功实现LWPT技术,中国将不仅解决月球探索中能源供应的核心难题,还将提升其在全球深空探索领域的技术话语权。
这不仅对国际月球研究站项目具有重要意义,还可能为未来的火星探索、行星际航行乃至更遥远的深空探测任务提供示范。
LWPT技术的提出无疑是一场科技与探索的完美结合,它展现了人类在面对未知领域时的智慧与勇气,同时也为未来太空探索描绘了一幅激动人心的蓝图。
在这场以技术驱动的太空竞赛中,中国以坚定的步伐走在前列,为全球航天事业注入了新的活力