近日，國家重大科技基礎設施“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計導則，為月面分布式能源網絡構建和永久陰影區(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研究工作。
記者 趙一諾