未来的月球探索如何在从未与地球成一直线的情况下从月球背面进行通信?这是最近提交给IEEE航空航天和电子系统汇刊的一项研究希望解决的问题，来自蒙特利尔理工学院的两位研究人员研究了由位于地球上的一到三颗卫星组成的无线电力传输方法(WPT)的潜力。-月球拉格朗日点2(EMLP-2)和月球背面的太阳能接收器。

无线电力传输可以实现月球背面的探索

这项研究可在arXiv预印本服务器上获取，有可能帮助科学家和未来的月球宇航员保持地球和月球之间的持续通信，因为月球的月球背面始终背对地球，因为月球的自转几乎完全同步及其绕地球运行的轨道。

在此，UniverseToday与IEEE蒙特利尔理工学院副教授、该研究的合著者GunesKarabulutKurt博士讨论了这项研究，讨论了该研究背后的动机、重要结果、后续研究以及对WPT的影响。那么，这项研究背后的动机是什么?

库尔特博士告诉《今日宇宙》：“这项研究的目的是克服与在月球表面使用传统电缆相关的后勤和技术挑战。”“在月球粗糙、多尘的表面上铺设电缆会导致持续的维护和磨损问题，因为月球尘埃具有很强的磨蚀性。另一方面，将大量电缆运输到月球需要大量的燃料，这会大大增加任务的费用。”

在这项研究中，研究人员使用了大量的计算和计算机模型来确定EMLP-2晕轨道内的一颗、两颗或三颗卫星是否足以维持月球背面(LFS)和视线的恒定覆盖与地球。作为上下文，EMLP-2位于月球的背面，其晕轨道与月球轨道垂直(或侧面)。研究中涉及的计算包括每颗卫星之间的距离、卫星和表面接收器之间的天线角度、LFS表面覆盖范围以及卫星和LFS表面天线之间的发射功率。那么，这项研究最重要的结果是什么?

Kurt博士告诉《今日宇宙》，他们的模型得出的结论是，EMLP-2光晕轨道上的三颗卫星且彼此距离相等，可以“实现向月球远端任何地方的接收器光学天线连续发射功率”，同时保持100%的LFS与地球的覆盖范围和视线。“除了提供连续LFS全覆盖的三颗卫星方案外，即使是两颗卫星配置也能在EMLP-2晕轨道完整周期的88.60%范围内提供全覆盖，”Kurt博士补充道。

关于后续研究，库尔特博士告诉《今日宇宙》，“我们未来的研究将集中在更复杂的收集和传输模型上，以更接近现实。另一方面，一种考虑到月球尘埃的不规则性质和“它的密度因太阳下角等环境因素而变化。未来，如果这一领域的研究继续下去，可以用月球尘埃模拟物和激光进行实验探索。”

这项研究正值美国国家航空航天局(NASA)准备通过阿尔忒弥斯计划自1972年以来首次将宇航员送上月球，该计划的目标是让第一位女性和有色人种登陆月球表面。随着2022年11月阿耳忒弥斯1号任务(包括绕月飞行的无人猎户座太空舱)的成功，美国宇航局目前的目标是2025年9月执行阿耳忒弥斯2号任务，该任务计划是一项为期10天的4人载人任务，使用猎户座太空舱飞越月球，其目标是对猎户座太空舱进行全面系统检查。因此，这项研究对即将到来的阿尔忒弥斯任务或未来人类对月球的探索有何影响?

“这些发现对月球能量传输系统的设计具有重要意义，”库尔特博士告诉《今日宇宙》。“更好地了解月球尘埃等无线传输干扰因素，可以开发出更高效、更可靠的系统，为月球任务和基础设施提供动力，包括与阿耳忒弥斯计划和未来人类探索工作相关的系统。”

如果成功，阿耳忒弥斯2号将在2026年9月推出阿耳忒弥斯3号，后者也将由4名机组人员组成，其中两名机组人员登陆月球表面，任务持续时间大约为30天。接下来是阿耳忒弥斯4号、阿耳忒弥斯5号和阿耳忒弥斯6号，目前计划分别于2028年9月、2029年9月和2030年9月进行，每次任务都会增加登陆月球表面的宇航员人数以及预期的宇航员数量。还交付月球栖息地模块和月球车。

库尔特博士告诉《今日宇宙》：“此外，阿耳忒弥斯任务的着陆点瞄准了月球南极。”“这个地区特别令人感兴趣，因为存在永恒光峰(PEL)，它接收几乎连续的阳光和永久阴影区域(PSR)，这是水冰等资源的潜在地点。这些对比鲜明的条件非常适合无线能量传输(激光功率发射技术)的应用，可以通过从照明区域无线传输能量来为阴影区域提供连续供电。”

这些PSR存在的原因是由于月球的低倾角或轴向倾斜，研究指出该倾角为6.68度。作为上下文，地球的倾角为23.44度。这意味着月球南北两极都有一些区域，特别是陨石坑，没有受到任何阳光的照射，因此被称为“永久阴影区域”。正如库尔特博士指出的那样，这些PSR可能是这些深而黑暗的陨石坑中水冰沉积物的所在地，宇航员可以利用这些水冰来满足水、燃料和其他需求。

阿耳忒弥斯任务计划不仅将宇航员运送到月球表面，还计划将栖息地和月球车运送到月球表面，目标是在月球上建立人类永久存在。这将为展示新的空间技术提供机会，这些技术可用于月球探索和未来人类火星任务，这是美国宇航局月球到火星架构的一部分。

“当前的任务计划重新使用经过地球验证的技术，”库尔特博士告诉《今日宇宙》。“这种心态可能会破坏蓝天设计方法，在这种方法中，研究人员被鼓励自由思考，探索创造性想法，并突破可能的界限，而不受特定项目要求或向后兼容性等约束的限制。在我们的工作中，我们的目标是包括多功能方面，这对于地面应用来说不是必需的，但可能对未来的太空任务至关重要。”