近日，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“空間環(huán)境地面模擬裝置”地外天體環(huán)境物理與探測團隊在月球永久陰影區(qū)激光供能領(lǐng)域取得重要進展，于《航空航天科學進展》發(fā)表綜述論文《面向月球探測的月表激光無線能量傳輸：前景、挑戰(zhàn)與展望》。文章圍繞月球永久陰影區(qū)探測裝備能源保障，系統(tǒng)梳理月表激光無線功率傳輸?shù)年P(guān)鍵科學問題與工程實現(xiàn)路徑。
月表多激光站為永久陰影區(qū)探測裝備供能概念
月球南極永久陰影區(qū)蘊藏著水冰等寶貴資源，但由于長期無太陽直射、超低溫（低至零下230攝氏度）和復雜地形遮擋，傳統(tǒng)太陽能供能方式難以滿足探測裝備持續(xù)運行需求。針對這一極端環(huán)境挑戰(zhàn)，團隊利用國家航天局第十批月球科研樣品，研究彌散月塵對激光傳輸?shù)纳⑸?、吸收及熱效應影響機理，揭示不同粒徑、濃度月塵條件下的激光能量衰減規(guī)律，并提出抗月塵污染的接收端防護策略。
研究發(fā)現(xiàn)，近地表月塵可導致激光衰減超過20dB/km，將接收端抬升至2m以上可大幅降低損耗。同時，研究分析超低溫對光電轉(zhuǎn)換效率的衰減效應以及地形遮擋導致的鏈路中斷風險。
論文系統(tǒng)分析月塵、低溫、地形對激光傳能的耦合作用，建立綜合環(huán)境衰減模型，破解極端環(huán)境制約，為激光傳能系統(tǒng)在月面的長期可靠運行提供重要理論依據(jù)。團隊進一步提出地形感知網(wǎng)絡優(yōu)化框架，系統(tǒng)分析復雜地形、供能覆蓋、鏈路連通性與系統(tǒng)成本之間的耦合關(guān)系，將激光供能由傳統(tǒng)單鏈路分析提升至多站點協(xié)同與系統(tǒng)級優(yōu)化層面。
針對未來月球極區(qū)任務，團隊定義三種典型場景——固定站、移動巡視車和工業(yè)級原位資源利用廠，并分別給出量化的鏈路設(shè)計導則，為月面分布式能源網(wǎng)絡構(gòu)建和永久陰影區(qū)探測裝備的連續(xù)供能提供全新的技術(shù)路徑。
哈爾濱工業(yè)大學為論文署名單位，該校航天學院碩士研究生田夢凡為論文第一作者，激光空間信息全國重點實驗室研究員郭朋真、空間環(huán)境與物質(zhì)科學研究院研究員李麗芳為論文共同通訊作者。機電工程學院鄧宗全院士對研究予以重要指導，機電工程學院教授劉榮強、博士研究生張彥龍，航天學院碩士研究生余梁民等參與相關(guān)研究工作。
記者 趙一諾