A transmissão de energia sem fio pode permitir a exploração do outro lado da lua
Esquema da Figura 1 do estudo exibindo a transmissão e receptor de energia sem fio no lado oculto da Lua com três satélites (SPS-1, SPS-2 e SPS-3) em uma órbita de halo no Ponto Lagrange Terra-Lua 2. Crédito:Donmez e Kurt (2024) Como a futura exploração lunar pode se comunicar do outro lado da Lua, apesar de nunca estar alinhada com a Terra? Isto é o que um estudo recente submetido ao IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems espera abordar enquanto dois pesquisadores da Polytechnique Montréal investigaram o potencial para um método de transmissão de energia sem fio (WPT) composto por um a três satélites localizados no Ponto Lagrange 2 Terra-Lua (EMLP-2) e um satélite movido a energia solar receptor no outro lado da lua.
Este estudo, disponível no arXiv servidor de pré-impressão, tem o potencial de ajudar cientistas e futuros astronautas lunares a manter comunicação constante entre a Terra e a Lua, uma vez que o lado oculto da Lua está sempre voltado para longe da Terra, pois a rotação da Lua está quase totalmente sincronizada com sua órbita ao redor da Terra.
Aqui, Universe Today discute esta pesquisa com o Dr. Gunes Karabulut Kurt, que é professor associado da IEEE Polytechnique Montréal e coautor do estudo, sobre a motivação por trás do estudo, resultados significativos, pesquisas de acompanhamento e implicações para o WPT. Então, qual foi a motivação por trás deste estudo?
“Esta pesquisa é motivada pelo objetivo de superar os desafios logísticos e técnicos associados ao uso de cabos tradicionais na superfície da Lua”, disse o Dr. Kurt ao Universe Today. "Colocar cabos na superfície áspera e empoeirada da Lua levaria a problemas contínuos de manutenção e desgaste, já que a poeira lunar é altamente abrasiva. Por outro lado, transportar grandes quantidades de cabos para a Lua requer uma quantidade significativa de combustível, o que aumenta consideravelmente a os custos da missão."
Para o estudo, os pesquisadores usaram uma infinidade de cálculos e modelos de computador para verificar se um, dois ou três satélites são suficientes dentro de uma órbita de halo EMLP-2 para manter a cobertura constante do lado oculto lunar (LFS) e a linha de visão. com a Terra. Para fins de contexto, o EMLP-2 está localizado no outro lado da lua, com a órbita do halo sendo perpendicular – ou lateralmente – à órbita da lua. Os cálculos envolvidos no estudo incluíram as distâncias entre cada satélite, os ângulos das antenas entre os satélites e o receptor de superfície, a quantidade de cobertura de superfície LFS e a quantidade de potência transmitida entre os satélites e as antenas de superfície LFS. Então, quais foram os resultados mais significativos deste estudo?
Kurt disse ao Universe Today que seus modelos concluíram que três satélites em uma órbita de halo EMLP-2 e operando a distâncias iguais um do outro poderiam "alcançar transmissão contínua de energia para uma antena óptica receptora em qualquer lugar no lado lunar", mantendo 100 por cento LFS cobertura e linha de visão com a Terra. “Além do esquema de três satélites que fornece cobertura total LFS contínua, mesmo uma configuração de dois satélites fornece cobertura total durante 88,60% de um ciclo completo em torno da órbita do halo EMLP-2”, acrescenta o Dr.
Em relação à pesquisa de acompanhamento, o Dr. Kurt disse ao Universe Today:"Nossos estudos futuros se concentrarão em modelos mais complexos de coleta e transmissão para nos aproximarmos da realidade. Por outro lado, uma abordagem que leva em consideração a natureza irregular da poeira lunar e a variação na sua densidade devido a factores ambientais como o ângulo subsolar e outros. No futuro, se a investigação neste campo continuar, explore isto experimentalmente com simuladores de poeira lunar e lasers." Este estudo ocorre no momento em que a NASA se prepara para enviar astronautas à Lua pela primeira vez desde 1972 com o programa Artemis, cujo objetivo será pousar a primeira mulher e pessoa negra na superfície lunar. Com o sucesso da missão Artemis 1 em novembro de 2022, que consistia em uma cápsula Orion desenroscada orbitando a lua, a NASA está atualmente planejando setembro de 2025 para sua missão Artemis 2, que está programada para ser uma missão tripulada de 4 pessoas de 10 dias usando a cápsula Orion para um sobrevôo lunar, cujo objetivo será realizar uma verificação completa dos sistemas da cápsula Orion. Portanto, que implicações este estudo pode ter para as próximas missões Artemis ou para qualquer futura exploração humana da Lua?
“As descobertas têm implicações para o projeto de sistemas de transmissão de energia na Lua”, disse o Dr. Kurt ao Universe Today. “Uma melhor compreensão dos disruptores de transmissão sem fio, como a poeira lunar, pode levar ao desenvolvimento de sistemas mais eficientes e confiáveis para alimentar missões e infraestruturas lunares, incluindo aquelas relacionadas ao programa Artemis e futuros esforços de exploração humana.”
Se for bem-sucedido, o Artemis 2 será seguido pelo Artemis 3 em setembro de 2026, que também consistirá em uma tripulação de 4 pessoas com dois tripulantes pousando na superfície lunar e uma missão com duração aproximada de 30 dias. Isto será seguido por Artemis 4, Artemis 5 e Artemis 6, que estão atualmente agendados para setembro de 2028, setembro de 2029 e setembro de 2030, respectivamente, com cada missão aumentando tanto o número de astronautas pousando na superfície lunar quanto o previsto. entregas de módulos de habitat lunar e rovers lunares também.
“Além disso, a missão Artemis tem como alvo o pólo sul lunar para seus locais de pouso”, disse o Dr. Kurt ao Universe Today. "Esta região é de particular interesse devido à presença de picos de luz eterna (PELs), que recebem luz solar quase contínua e regiões permanentemente sombreadas (PSRs), que são locais potenciais para recursos como gelo de água. Estas condições contrastantes são ideais para a aplicação de transmissão de energia sem fio (tecnologia de transmissão de energia a laser), que poderia fornecer um fornecimento contínuo de energia em áreas sombreadas, transmitindo energia sem fio a partir de regiões iluminadas."
A razão pela qual esses PSRs existem é devido à baixa obliquidade da Lua, ou inclinação axial, que o estudo observa ser de 6,68 graus. Para contextualizar, a obliquidade da Terra é de 23,44 graus. Isto significa que existem áreas, e especificamente crateras, nos pólos norte e sul da Lua que não recebem luz solar, daí o nome “regiões permanentemente sombreadas”. Conforme observado pelo Dr. Kurt, esses PSRs podem abrigar depósitos de água gelada dentro dessas crateras profundas e escuras que os astronautas poderiam usar para água, combustível e outras necessidades.
As missões Artemis planejam entregar não apenas astronautas à superfície lunar, mas também um habitat e veículos lunares com o objetivo de estabelecer uma presença humana permanente na lua. Isto proporcionará oportunidades para demonstrar novas tecnologias espaciais que podem ser usadas tanto para a exploração lunar como para futuras missões humanas a Marte, que fazem parte da arquitetura Lua a Marte da NASA.
“As missões atuais planejam reutilizar tecnologia comprovada na Terra”, disse o Dr. Kurt ao Universe Today. "Essa mentalidade pode minar a abordagem de design do céu azul, onde os pesquisadores são encorajados a pensar livremente, explorar ideias criativas e ultrapassar os limites do que é possível sem ficarem confinados por restrições como requisitos específicos do projeto ou compatibilidade com versões anteriores. Em nosso trabalho, pretendemos incluir aspectos de multifuncionalidade, que não são uma necessidade para aplicações terrestres, mas podem vir a ser essenciais para futuras missões espaciais."
