Международная команда исследователей из Хунаньского университета, Китайской академии строительных исследований, Лаборатории исследования дальнего космоса в Хэфэе и Научно-технического университета Китая предложила принципиально новую стратегию строительства лунных баз. В статье, опубликованной в журнале npj Space Exploration, ученые представили «эволюционную» концепцию снабжения тепловой энергией лунных поселений.
Проблема лунных ночей
Главным вызовом лунной экспансии являются лунные ночи, длящиеся примерно 14 земных суток. В этот период температура поверхности опускается до минус 170 градусов Цельсия, солнечная энергия отсутствует, а разреженная атмосфера позволяет теплу свободно уходить в космос. Ранее для беспилотных аппаратов использовались точечные решения вроде многослойной теплоизоляции и радиоизотопных нагревателей, но для постоянной базы с экипажем, лабораториями и производственными модулями этого недостаточно.
Трехэтапная стратегия
Ученые предлагают рассматривать энергосистему как масштабируемую архитектуру, способную наращивать сложность и мощность. Их дорожная карта включает три этапа:
Первый этап (до 2030 года): Основным источником тепла станут радиоизотопные термоэлектрические генераторы - наиболее отработанная технология, доказавшая надежность в космических миссиях. Один такой модуль мощностью около 110 Вт весит примерно 45 кг, а стоимость разработки оценивается в $100 миллионов. Такие системы могут генерировать сотни ватт или несколько киловатт энергии, что достаточно для первых беспилотных станций и небольших роверов.
Второй этап (2030-2035 годы): Создание постоянно обитаемой лунной базы, где ключевую роль сыграет использование местных ресурсов. Исследователи предлагают применять лунный грунт (реголит) в качестве теплового аккумулятора. Днем реголит нагревается с помощью солнечных концентраторов, а ночью накопленное тепло используется для обогрева и генерации электроэнергии. Поскольку теплопроводность реголита очень низкая, ученые проанализировали методы его модификации: уплотнение, спекание, добавление примесей и лазерное плавление. В базовой конфигурации система на основе реголита может генерировать 6-10 кВт электроэнергии при весе системы около 1 тонны.
Третий этап (после 2035 года): Переход базы к долгосрочному проживанию и промышленной деятельности, когда тепловая нагрузка может достигать сотен киловатт или даже мегаватт. В качестве основы предлагается использовать ядерные реакторы деления с тепловой мощностью от десятков до более 100 кВт с потенциалом достижения мегаваттного уровня. Концепция предусматривает интегрированную сеть из нескольких источников: реактор обеспечивает базовую нагрузку, солнечные концентраторы и реголитовые накопители сглаживают пики потребления, а радиоизотопные генераторы служат резервными источниками для критических систем жизнеобеспечения.
Перспективы реализации
Следующим шагом в исследовании станут наземные термовакуумные испытания, доводка материалов в условиях, максимально приближенных к лунным, и демонстрационные эксперименты в малом масштабе на самой Луне. Этот подход позволит значительно снизить зависимость баз от поставок топлива и оборудования с Земли.