NASA розробляє ядерні зонди для дослідження темних регіонів Місяця

Компанія City Labs Inc. завершила першу фазу дослідження в рамках програми NASA Innovative Advanced Concepts, яке підтвердило можливість створення ядерних мікрозондів для дослідження постійно затінених регіонів Місяця. Проект використовує революційну технологію тритієвих бетавольтаїчних джерел живлення, що дозволяє автономну роботу в екстремальних умовах місячних полюсів.

Дослідження під керівництвом Пітера Кабауї з City Labs Inc. підняло рівень готовності технології з першого до другого рівня, підтвердивши теоретичні моделі та оцінки можливості реалізації проекту. Друга фаза дослідження має на меті довести технологію до третього рівня готовності з подальшим розвитком до четвертого рівня та вище, що підтримує місію NASA з дослідження Місяця та планет.

Ключовою інновацією проекту є тритієві бетавольтаїчні джерела живлення, які забезпечують тривалу роботу в екстремальних умовах. Запропонований пристрій розміром п'ять на п'ять сантиметрів та вагою в кілька грамів підтримує місячну спектроскопію та інші наукові застосування. Аналізи на місці в районі південного полюса Місяця є складними через холод, обмежену сонячну енергію та тривалу темряву.

Тритієві бетавольтаїки отримують енергію від радіоактивного розпаду, що дозволяє автономне зондування в середовищах, непридатних для звичайних фотовольтаїчних елементів та хімічних батарей. Постійно затінені регіони Місяця представляють особливий інтерес для науковців, оскільки там можуть зберігатися водяний лід та інші летючі речовини, критично важливі для майбутніх місій з дослідження космосу.

Пропозиція зосереджується на розробці ультратонкого легкого тритієвого бетавольтаїка в ядерний мікрозонд для інтеграції різноманітних наукових інструментів. Зонди, що живляться тритієм, підтримують різноманітні застосування від планетарної науки до розвідувальних місій для дослідження людиною. Цей підхід дозволяє масштабне розгортання для дистанційного зондування високої роздільної здатності.

Наприклад, розподілена мережа ядерних мікрозондів могла б картографувати водні ресурси Місяця, допомагаючи місіям програми Артеміда. За межами Місяця платформи, що живляться тритієм, дозволяють клас місій до Марса, Європи, Енцелада та астероїдів, де альтернативні джерела живлення є непрактичними.

Цілі другої фази зосереджуються на покращенні ефективності перетворення енергії та стійкості тритієвих бетавольтаїчних джерел живлення, націлюючись на один-десять мікроват безперервної електричної потужності з вищим тепловим виходом. Проект оптимізуватиме інтеграцію ядерних мікрозондів з сенсорними платформами, покращуючи управління живленням, передачу даних та екологічну виживаність в умовах постійно затінених регіонів.

Екологічне тестування оцінить виживаність в умовах місячної посадки, включаючи уповільнення від двадцяти семи тисяч до двохсот сімдесяти тисяч g та взаємодію з місячним реголітом. Мета полягає в просуванні рівня готовності технології з другого до третього рівня шляхом демонстрації прототипів концепції та підготовки до четвертого рівня. Будуть досліджені шляхи інтеграції з місіями NASA, оцінюючи масштабованість, застосовність та економічну ефективність порівняно з альтернативними технологіями.

Ключовим відкриттям першої фази була перевага теплової виживаності бетавольтаїчного тритієвого металогідриду, який генерує достатньо тепла для підтримки роботи електронних компонентів. Ця подвійна функціональність як джерела живлення та теплового стабілізатора дозволяє компонентам ядерних мікрозондів функціонувати в межах температурних специфікацій, що є проривом для автономного зондування в екстремальних умовах.

За межами місячних застосувань ця технологія могла б революціонізувати планетарну науку, дослідження глибокого космосу та земні випадки використання. Вона могла б допомогти місіям на Марс, де пилові бурі та довгі ночі кидають виклик сонячній енергії, та посадковим модулям Європи, які потребують постійної роботи з низьким енергоспоживанням.

Земні застосування, такі як біомедичні імплантати та екологічний моніторинг, могли б скористатися запропонованими вдосконаленнями в бетавольтаїчному накопиченні енергії та мікромасштабних сенсорах. Технологія тритієвих бетавольтаїків представляє значний крок вперед у створенні довготривалих, надійних джерел живлення для космічних місій.

Дослідження другої фази підтримує цілі NASA Артеміда, дозволяючи стійке дослідження Місяця через покращену характеризацію ресурсів та автономний моніторинг. Зондування, що живиться тритієм, має стратегічну цінність для розвідки постійно затінених регіонів, картографування поверхні планет та моніторингу глибокого космосу.

Позиціонуючи тритієві бетавольтаїчні ядерні мікрозонди як рішення живлення для екстремальних середовищ, це дослідження закладає основу для переходу технології від концепції до впровадження, просуваючи дослідження космосу та наукові відкриття. Проект демонструє потенціал для створення нового класу автономних наукових інструментів, здатних працювати в найскладніших умовах Сонячної системи.

Успішна реалізація цієї технології відкриє нові можливості для дослідження космосу, дозволяючи місії в регіони, раніше недоступні через обмеження традиційних джерел живлення. Тритієві бетавольтаїчні системи представляють перспективне рішення для майбутніх космічних місій, де надійність та довговічність є критично важливими факторами успіху.