Електричний Eagle Lunar Terrain Vehicle майже готовий до польоту на Місяць

NASA обрала три команди для конкуренції в розробці нового Lunar Terrain Vehicle (LTV), наступника місячного ровера програми Apollo. General Motors співпрацює з групою, яку очолює компанія Lunar Outpost з Колорадо, над новим місячним транспортним засобом. Eagle Lunar Terrain Vehicle створений на основі багаторічного досвіду GM у проєктуванні та виробництві надійних позашляховиків на кшталт Hummer, а також спирається на успіхи компанії у сфері електромобілів і передові розробки в галузі акумуляторних технологій

NASA готується до першої пілотованої експедиції на місячну поверхню за понад 50 років у рамках програми Artemis 

Прототип місячного транспортного засобу, розроблений командою Lunar Dawn під керівництвом Lunar Outpost, включає літій-іонні акумулятори GM з катодами високого вмісту нікелю, технологію, відому як NCMA (нікель-кобальт-марганець-алюміній оксид). Подібні акумулятори використовуються в Hummer EV та інших електромобілях GM. NCMA-акумулятори забезпечують високу щільність енергії, довгий термін служби, високу потужність та широкий діапазон робочих температур, що робить їх відмінним вибором для місячного транспортного засобу. Серед інших характеристик, транспортний засіб має орієнтовний 10-річний термін служби та 30 000 кілометрів пробігу — майже в 1000 разів більше, ніж сукупна відстань, пройдена трьома оригінальними місячними роверами Apollo

Створений на основі міцного Hummer, Eagle впевнено пересуватиметься по місячній поверхні, ставши надійним помічником для астронавтів у складних умовах. Метт Нассой, менеджер програми інжинірингу GM для місячного проєкту, підкреслює: ці два транспортні засоби мають більше спільного, ніж здається на перший погляд. «GMC Hummer — це супер-трак для Землі, а Eagle — супер-трак для Місяця», — говорить він. «Він поєднує багато функцій Hummer, але адаптованих до ще більш екстремального середовища»

Мобільність Hummer EV забезпечується завдяки трьом окремим електромоторам. Два з них встановлені на задніх колесах, що дозволяє кожному рухатися незалежно, а третій відповідає за передню вісь. Така конструкція відкриває можливість для унікальних режимів руху: Crab Walk дозволяє автомобілю пересуватися діагонально, немов боком, що зручно на вузьких ділянках чи бездоріжжі. А King Crab Mode розширює ці можливості, роблячи маневри ще більш гнучкими та ефективними. Така конфігурація дозволяє колесам повертатися в одному напрямку, щоб транспортний засіб міг рухатися боком навколо об’єктів. Eagle LTV розвиває цю ідею далі, з чотирма незалежними моторами — по одному на кожне колесо, забезпечуючи додаткову гнучкість для уникнення та подолання місячних перешкод. Місяць — це рай для позашляховиків: там немає асфальту. “Там немає доріг”, — каже Нассой. “Ми не знатимемо, з чим доведеться мати справу, доки транспортний засіб не опиниться на поверхні.” Незалежні мотори додають значної гнучкості — наприклад, Hummer EV має менший радіус повороту, ніж набагато менший Chevrolet Bolt

Серед інших викликів, місячна поверхня переважно складається з пухкого пилу, піску, каменів та гальки, що може спричиняти проблеми з тягою. Очевидно, що астронавти не захочуть застрягти на поверхні Місяця — ніхто не прийде на порятунок. GM та Lunar Outpost використовують функції з Hummer, такі як контроль тяги, антиблокувальні гальма та “векторування крутного моменту”, яке регулює кожне з чотирьох коліс для покращення маневреності та стабільності на складному грунті

Одним із головних викликів у створенні місячного транспорту є неможливість відтворити на Землі умови, наближені до місячних, зокрема рух при гравітації, що становить лише шосту частину земної. Щоб подолати це обмеження, інженери GM використовують технологію симулятора — ту саму, що застосовувалася під час випробувань Hummer та інших моделей компанії в різноманітних дорожніх сценаріях. За словами колеги Нассоя, Дейва Робінсона, сучасні симулятори з панорамними об’ємними екранами здатні відтворювати динаміку руху так, ніби транспорт справді перебуває на місячній поверхні. Більше того, двоє астронавтів NASA уже випробували цю систему, особисто «керуючи» місячним ровером у віртуальному середовищі

Це тестування є критичним — як для транспортних засобів, так і для їх майбутніх водіїв. Як зазначає Робінсон, стабільність транспортного засобу на Місяці приблизно втричі гірша, ніж на Землі: їзда на 50 км/год на Місяці відчувається як 140 км/год на Землі. “Стабільність — це ключова річ тут”, — каже він. “Фокус на максимізації здатності долати перешкоди та підтримувати низький центр ваги. Якщо він перекинеться, це кінець гри. Ми працюємо над кінематикою підвіски, щоб ефективно долати більшість перешкод”

Інший виклик: утримувати керування місячним транспортним засобом відносно простим для астронавтів, які мають сотні інших завдань — керування не є основною причиною їхньої поїздки на Місяць. “Ми намагаємося тримати когнітивне навантаження якомога нижчим”, — каже Робінсон. “Він має бути легким у керуванні, а транспортний засіб — стабільним.” Але транспортний засіб також повинен мати можливість рухатися самостійно — протягом більшої частини свого 10-річного терміну служби місячний транспортний засіб працюватиме автономно, картографуючи місячну поверхню та проводячи наукові місії. Транспортний засіб матиме повний набір сенсорів, включаючи LiDAR, радар та камери високої роздільної здатності

Додаючи складності місії для місячного транспортного засобу, плани NASA щодо Artemis включають дослідження південного полюса Місяця, який має величезні, постійно затінені регіони, що потенційно містять водний лід, як дно кратера Шеклтон, глибиною 4185 метрів. Температури в цих районах можуть опускатися до -230 градусів за Цельсієм, за даними Planetary Society, роблячи їх найхолоднішими місцями в Сонячній системі — холоднішими, ніж Плутон. Інші райони отримують майже постійне сонячне світло, роблячи їх ідеальними для генерації сонячної енергії для майбутнього постійного освоєння космосу

“Тут люди з планети Земля вперше ступили на Місяць”, — читаємо на табличці, розміщеній екіпажем Apollo 11 у 1969 році. “Ми прийшли з миром для всього людства.” Тепер, нарешті, ми готуємося повернутися. Не забудьте ключі від машини

GM приносить інноваційні акумуляторні технології до концепції місячного ровера 

Щоб зрозуміти, наскільки еволюціонувала технологія акумуляторів для електромобілів за останні 50 років, розгляньмо дивовижну історію місячного ровера програми NASA Apollo

31 липня 1971 року, через два роки після того, як астронавти Apollo 11 Ніл Армстронг та Базз Олдрін стали першими людьми, які ступили на Місяць, астронавти Apollo 15 Девід Скотт та Джеймс Ірвін встановили ще один історичний рекорд. Вони стали першими людьми, які керували на Місяці, завдяки акумуляторному Lunar Roving Vehicle, розробленому Boeing, General Motors та іншими. GM надала колеса, мотори та систему підвіски для ровера

Ровер був зразком мінімалізму, який дозволяв астронавтам у громіздких скафандрах подорожувати до 10 кілометрів від місця посадки, дозволяючи швидко та легко збирати різноманітні зразки ґрунту та порід. На попередніх місіях астронавти ніколи не відходили далі, ніж на кількасот метрів від місячного модуля

Живлення роверів забезпечували дві 36-вольтові срібно-цинкові калій-гідроксидні не перезаряджувані акумулятори. Це була вражаюча технологія для того часу, але неможливість перезарядки акумуляторів, поєднана з значною чутливістю до температури, серйозно обмежувала запас ходу до максимуму 90 км. За даними NASA, місячний ровер Apollo 15 проїхав 27,8 км. Подорож Apollo 16 склала 26,7 км, тоді як Apollo 17 подолав 35,8 км

До Місяця і назад 

Тепер NASA активно готується до повернення на Місяць вперше за понад півстоліття, і агентство надало трьом командам контракти на розробку нових концепцій Lunar Terrain Vehicle. Але лише одна група — під керівництвом компанії Lunar Outpost — включає GM, найбільшого автовиробника Америки, другого за величиною виробника електромобілів та лідера в передових дослідженнях, виробництві та зарядці акумуляторів

Сьогодні всі електромобілі в портфелі GM у США — від Chevrolet Equinox EV до супер-трака GMC Hummer EV — працюють на літій-іонних акумуляторах з катодами високого вмісту нікелю. Його ще називають NCMA, скорочено від нікель-кобальт-марганець-алюміній оксид. NCMA-акумулятори забезпечують високу щільність енергії, довгий термін служби, високу потужність та широкий діапазон робочих температур. GM використовує варіацію цих NCMA-акумуляторів для концептуального LTV

Останніми місяцями в GM оголосили плани комерційного виробництва літій-марганцевих акумуляторів, або LMR-акумуляторів, — а також LFP-акумуляторів, скорочено від літій-залізо-фосфат — для використання в майбутніх електромобілях GM. Нові типи акумуляторів GM нададуть більше гнучкості для створення доступних електромобілів з великим запасом ходу

“Технологія акумуляторів дійсно пішла до Місяця і назад”, — сказав Курт Келті, віце-президент з акумуляторів, рушіїв та стійкості. “Я в цій галузі понад 30 років, починаючи з моменту, коли літій-іонні акумулятори були вперше комерціалізовані. Тоді ми розробляли акумулятори для відеокамер та ноутбуків, намагаючись витиснути кілька додаткових хвилин роботи. Сьогодні ми живимо повнорозмірні електричні траки, які можуть проїхати 800 км на одному заряді. Це неймовірно, як далеко пішла технологія, і GM продовжує розширювати межі можливого — навіть на місячній поверхні”

У нещодавньому ретельно спланованому тесті запасу ходу, який провела команда інженерів GM, Chevrolet Silverado EV Max Range Work Truck проїхав ще далі, подолавши 1704 км на повному заряді

Виживання під час місячної ночі 

Новий місячний транспортний засіб розроблений зі значно більшим запасом ходу та ємністю акумулятора, ніж оригінальний ровер. Новинка також спроектована для виживання в повній темряві під час 14-денної місячної ночі з температурами до -203 градусів за Цельсієм, з загальним терміном служби до 10 років. Транспортний засіб буде здатний як до пілотованого, так і до безпілотного керування

GM відповідає не тільки за акумулятор та систему живлення в проекті Lunar Outpost, але й за шасі та компоненти підвіски, а також автономні функції, такі як контроль тяги та стабільності, електронне керування

Завдяки акумуляторам, вбудованим у шасі, подібно до серійних електромобілів GM, місячний ровер матиме занижений центр ваги. Це забезпечить йому кращу стійкість та точний контроль під час руху навіть у складних умовах. Крім того, General Motors додає до проєкту свій багаторічний досвід у створенні передових систем допомоги водієві — наприклад, технологію Super Cruise, яка вже доступна в багатьох моделях компанії та дозволяє рухатися трасою практично без участі водія

Мадху Рагхаван, головний менеджер з архітектури акумуляторів та систем у GM і член команди досліджень та розробок компанії, зазначає, що акумулятори нового Lunar Terrain Vehicle ґрунтуються на технології NCMA, яку GM вже використовує у своїх легкових електромобілях. Водночас для місячного ровера ці системи зазнали суттєвих оновлень. Адже на Місяці немає ані зарядних станцій, ані сервісних центрів, тож батареї мають бути винятково надійними й здатними працювати в екстремальних умовах без жодного обслуговування

Тому акумулятори створені за принципом fault-tolerant — вони залишатимуться працездатними навіть у випадку виходу з ладу частини елементів. Для захисту від екстремально низьких температур у них інтегровані нагрівальні елементи та потужна термоізоляція. За словами Рагхавана, батареї розраховані щонайменше на десятирічну експлуатацію та пробіг близько 30 000 кілометрів, що майже у тисячу разів перевищує відстань, яку свого часу долали перші місячні ровери

Враховуючи ставки, акумуляторні пакети ровера вимагатимуть того, що Рагхаван описує як “супер-точне лазерне зварювання” з “флеш-термографією” для сканування кожного зварювання “в дуже точний та обережний спосіб, щоб уникнути дефектів.” Ця технологія сканування спочатку була розроблена для створення високо надійних пакетів для земних електромобілів GM

Коли новий ровер працюватиме автономно на Місяці, одне з його ключових завдань полягатиме у створенні детальних карт місячної поверхні. Це дозволить поступово розвивати систему навігації, подібну до Super Cruise, але спеціально адаптовану для умов Місяця, якою згодом зможуть користуватися астронавти

NASA планує до кінця цього року оголосити, які саме проєкти місячних роверів перейдуть у наступну фазу розробки

«Повернення на Місяць — це подія величезного масштабу для всієї нації, і для нашої команди участь у цій програмі є особливим приводом для гордості», — зазначив доктор Брюс Браун, віцепрезидент із розвитку та стратегії GM Defense. «Мало що можна порівняти за складністю з завданням безпечно перевозити астронавтів поверхнею Місяця. Водночас наша робота над цим проєктом дає потужний імпульс іншим напрямам діяльності GM Defense, які дедалі більше зосереджуються на створенні електричних та автономних рішень для підтримки глобальних клієнтів у подоланні їхніх найбільших викликів»

У підсумку зв’язок між Hummer EV та Eagle LTV яскраво показує, як технології, створені для Землі, отримують друге життя у космосі. Це змушує замислитися: якщо ми здатні перетворити потужний пікап на транспорт для Місяця, то які ж горизонти відкриваються перед електромобілями на Землі? Майбутнє полягає в інтеграції, де космічні виклики стають рушієм для інновацій у нашому повсякденному житті