Космические аппараты, опускающиеся на лунную поверхность, сталкиваются с одной сложностью — отсутствием стабильного источника энергии для обеспечения своей работоспособности. Несмотря на наличие солнечных батарей, они работают не особо эффективно из-за лунной ночи. Ещё одна проблема — это падение температуры до -173 °С на поверхности спутника Земли в темноте, что часто приводит к выходу аппаратов из строя.

Именно с такой проблемой столкнулся космический модуль Odysseus от частной компании Intuitive Machines. NASA запустило аппарат в рамках программы отправки астронавтов на Луну для выполнения миссий в ближайшем десятилетии. Сейчас учёные и инженеры научных и коммерческих организаций обсуждают возможность использования независимых от Солнца источников энергии. Подробности — под катом.

Смертельный холод

Космический аппарат Odysseus замёрз в первую же лунную ночь, не пережив экстремально низких температур. Некоторое время NASA и Intuitive Machines ещё надеялись получить сигнал от него, но чуда не случилось. Проект был частью Commercial Lunar Payload Services, или CLPS, — программы NASA для предоставления услуг транспортировки небольших роботизированных автоматов на Луну для выполнения научных и исследовательских миссий. Похожая ситуация случилась и с индийским аппаратом Chandrayaan 3 в августе 2023 года. У Японии опыт с низкими температурами на Луне был более удачным — их SLIM приземлился на поверхность спутника Земли в январе и до сих пор продолжает работать, несмотря на сбои некоторых датчиков и батарей.

Несмотря на это, в NASA не рассчитывают, что следующая серия космических аппаратов переживёт лунную ночь. Поэтому все они разработаны только для условий лунного дня, как и миссия высадки человека в рамках программы Artemis III. Астронавты проведут на Луне до шести дней, после чего вернутся на Землю, не ожидая наступления лунной ночи.

Но долгосрочная цель NASA не совпадает с продолжительностью запланированных на этот год миссий. Короткие сроки «жизни» лунных аппаратов не дают возможности изучать и мониторить геофизические явления на Луне. NASA также планирует исследовать кратеры на южном полюсе, которые не видели света в течение миллиардов лет и которые, скорее всего, содержат запасы водяного льда. Для всех этих исследований необходимы месяцы и даже годы непрерывного присутствия человека на спутнике. Поэтому агентству нужно самостоятельно создать себе необходимые условия на Луне.

Пережить ночь

Ядерные реакторы и ранее использовались в космосе. Например, СССР запустил около 40 военных спутников, работавших на ядерной энергии, и некоторые из них до сих пор находятся на орбите Земли. США также отправляли экспериментальный ядерный реактор SNAP-10A на орбиту, хотя и не достигли своих целей из-за разрушенной в процессе запуска ракеты-носителя. Такие межпланетные зонды NASA, как Voyagers, Cassini, Curiosity и Perseverance, использовали РИТЭГи (радиоизотопный источник электроэнергии). Китай в своих последних разработках использовал устройство с радиоизотопным теплогенератором RHU. Его размер сравним с ластиком на кончике карандаша. Выделяемого тепла достаточно, чтобы защитить чувствительные компоненты космического аппарата от холода. 

Компания Intuitive Machines изучает возможность использования RHU в будущем, но этот источник энергии, по словам операционного директора Питера МакГрата, не панацея. Нужно что-то побольше, если человек собирается активно исследовать Луну.

Устройства вроде RTG и RHU производятся Министерством энергетики, в то время как технологию крупного ядерного реактора, на которую делает ставки NASA, могут создать только коммерческие компании. В 2018 году проводились испытания 10-киловаттного ядерного реактора в условиях, имитирующих космос. Но в целом ядерная космическая промышленность находится в зачаточной стадии своего развития.

На начальных этапах находятся и разработки других вариантов энергопитания для Луны. Ещё один из подрядчиков NASA, компания Astrobotic, работает над концепцией подвижного роботизированного кабеля на Луне, способного вытягиваться на расстояние до 1 километра. По нему можно будет передавать электрический ток от солнечных батарей в тёмные регионы Луны. Эта идея может стать полезной для работы у полюсов, в зоне гор на обрывах некоторых кратеров. Эти горы достаточно высоки для того, чтобы получать нужное количество солнечной энергии.

У Astrobotic есть и другой проект под названием NITE — ночная интегрированная система, которая производит энергию как результат экзотермических химических реакций. Такой генератор не требует радиоактивных материалов, и с точки зрения получения всех лицензий и разрешений процесс его внедрения будет более простым.

Новые вызовы

Запуск источников питания нового типа в космос коммерческими компаниями также создаст новые задачи на федеральном уровне. Комиссия по атомной энергии (NRC) и Управление федеральной авиации (FAA) будут нести совместную ответственность за обеспечение безопасности общественности. А компаниям-участникам будущих миссий придётся пройти через многоэтапный процесс лицензирования и проверки безопасности. Кроме того, до сих пор не существует ясности по поводу требований регулирования в сфере коммерческих разработок ядерно-энергетических систем.

Кстати, не только NASA рассматривает подобные пути развития «космической энергетики». Глава Роскосмоса заявил, что Россия и Китай серьёзно рассматривают проект установки атомного энергоблока на Луне в 2030-х годах. И это достаточно реалистичный проект, ведь РФ является крупным игроком на рынке ядерной энергетики. При этом космические программы Китая финансируются в достаточной степени при активном росте ядерного сектора промышленности.

В целом, всё это пока находится в процессе обсуждения и планирования, так что для понимания того, когда примерно на Луне появятся новые источники питания, придётся подождать некоторое время.