Электрический Eagle Lunar Terrain Vehicle почти готов к полету на Луну

NASA выбрало три команды для конкуренции в разработке нового Lunar Terrain Vehicle (LTV), преемника лунного вездехода программы Apollo. General Motors сотрудничает с группой, возглавляемой компанией Lunar Outpost из Колорадо, над новым месячным транспортным средством. Eagle Lunar Terrain Vehicle создан на основе многолетнего опыта GM в проектировании и производстве надежных внедорожников типа Hummer, а также опирается на успехи компании в сфере электромобилей и передовые разработки в области аккумуляторных технологий

NASA готовится к первой пилотируемой экспедиции на лунную поверхность более 50 лет в рамках программы Artemis

Прототип лунного транспортного средства, разработанный командой Lunar Dawn под руководством Lunar Outpost, включает в себя литий-ионные аккумуляторы GM с катодами высокого содержания никеля, технологию, известную как NCMA (никель-кобальт-марганец-алюминий оксид). Подобные аккумуляторы используются в Hummer EV и других электромобилях GM. NCMA-аккумуляторы обеспечивают высокую плотность энергии, длительный срок службы, высокую мощность и широкий диапазон рабочих температур, что делает их отличным выбором для месячного транспортного средства. Среди других характеристик, транспортное средство имеет ориентировочный 10-летний срок службы и 30 000 километров пробега — почти в 1000 раз больше, чем совокупное расстояние, пройденное тремя оригинальными лунными вездеходами Apollo

Созданный на основе прочного Hummer, Eagle будет уверенно передвигаться по лунной поверхности, став надежным помощником для астронавтов в сложных условиях. Мэтт Нассой, менеджер программы инжиниринга GM для лунного проекта, подчеркивает: эти два транспортных средства имеют больше общего, чем кажется на первый взгляд. «GMC Hummer – это супер-трак для Земли, а Eagle – супер-трак для Луны», – говорит он. «Он объединяет многие функции Hummer, но адаптированных к еще более экстремальной среде»

Мобильность Hummer EV обеспечивается благодаря трем отдельным электромоторам. Два из них установлены на задних колесах, что позволяет каждому двигаться независимо, а третий отвечает за переднюю ось. Такая конструкция открывает возможность для уникальных режимов движения: Crab Walk позволяет автомобилю передвигаться диагонально, как боком, что удобно на узких участках или бездорожье. King Crab Mode расширяет эти возможности, делая маневры еще более гибкими и эффективными. Такая конфигурация позволяет колесам поворачиваться в одном направлении, чтобы транспортное средство могло двигаться боком вокруг объектов. Eagle LTV развивает эту идею дальше, с четырьмя независимыми моторами – по одному на каждое колесо, обеспечивая дополнительную гибкость для избегания и преодоления лунных помех. Луна – это рай для внедорожников: там нет асфальта. “Там нет дорог”, – говорит Нассой. “Мы не будем знать, с чем придется иметь дело, пока транспортное средство не окажется на поверхности.” Независимые моторы придают значительную гибкость – например, Hummer EV имеет меньший радиус поворота, чем гораздо меньший Chevrolet Bolt

Среди других вызовов, лунная поверхность преимущественно состоит из рыхлой пыли, песка, камней и гальки, что может вызвать проблемы с тягой. Очевидно, что астронавты не захотят застрять на поверхности Луны – никто не придет на спасение. GM и Lunar Outpost используют функции с Hummer, такие как контроль тяги, антиблокировочный тормоз и “вектор крутящего момента”, который регулирует каждое из четырех колес для улучшения маневренности и стабильности на сложной почве

Одним из главных вызовов в создании лунного транспорта является невозможность воспроизвести на Земле условия, приближенные к лунным, в частности движение при гравитации, составляющее шестую часть земной. Чтобы преодолеть это ограничение, инженеры GM используют технологию симулятора — ту, которая применялась при испытаниях Hummer и других моделей компании в различных дорожных сценариях. По словам коллеги Нассоя, Дэйва Робинсона, современные симуляторы с панорамными объемными экранами способны воспроизводить динамику движения так, будто транспорт действительно находится на лунной поверхности. Более того, два астронавта NASA уже опробовали эту систему, лично «управляя» лунным ровером в виртуальной среде

Это тестирование критично — как для транспортных средств, так и для их будущих водителей. Как отмечает Робинсон, стабильность транспортного средства на Луне примерно в три раза хуже, чем на Земле: езда на 50 км/ч на Луне ощущается как 140 км/ч на Земле. “Стабильность – это ключевая вещь здесь”, – говорит он. “Фокус на максимизации способности преодолевать препятствия и поддерживать низкий центр тяжести. Если он перевернется, это конец игры. Мы работаем над кинематикой подвески, чтобы эффективно преодолевать большинство препятствий”

Другой вызов: удерживать управление месячным транспортным средством относительно простым для астронавтов, у которых есть сотни других задач — управление не является основной причиной их поездки на Луну. “Мы пытаемся держать когнитивную нагрузку как можно ниже”, – говорит Робинсон. “Он должен быть легким в управлении, а транспортное средство – стабильным.” Но транспортное средство также должно иметь возможность двигаться самостоятельно — в течение большей части своего 10-летнего срока службы месячное транспортное средство будет работать автономно, картографируя лунную поверхность и проводя научные миссии. Транспортное средство будет иметь полный набор сенсоров, включая LiDAR, радар и камеры высокого разрешения

Добавляя сложности миссии для лунного транспортного средства, планы NASA по Artemis включают исследования южного полюса Луны, который имеет огромные, постоянно затененные регионы, потенциально содержащие водный лед, как дно кратера Шеклтона, глубиной 4185 метров. Температуры в этих районах могут опускаться до -230 градусов по Цельсию, по данным Planetary Society, делая их самыми холодными местами в Солнечной системе холоднее Плутона. Другие районы получают почти постоянный солнечный свет, делая их идеальными для генерации солнечной энергии для предстоящего постоянного освоения космоса

“Здесь люди с планеты Земля впервые ступили на Луну”, – читаем на табличке, размещенной экипажем Apollo 11 в 1969 году. “Мы пришли с миром для всего человечества.” Теперь, наконец, мы готовимся вернуться. Не забудьте ключи от машины

GM приносит инновационные аккумуляторные технологии в концепцию лунного вездехода

Чтобы понять, насколько эволюционировала технология аккумуляторов для электромобилей за последние 50 лет, рассмотрим удивительную историю лунного вездехода программы NASA Apollo

31 июля 1971 года, спустя два года после того, как астронавты Apollo 11 Нил Армстронг и Базз Олдрин стали первыми ступившими на Луну людьми, астронавты Apollo 15 Дэвид Скотт и Джеймс Ирвин установили еще один исторический рекорд. Они стали первыми людьми, управлявшими на Луне, благодаря аккумуляторному Lunar Roving Vehicle, разработанному Boeing, General Motors и другими. GM предоставила колеса, моторы и систему подвески для ровера

Ровер был образцом минимализма, позволявшего астронавтам в громоздких скафандрах путешествовать до 10 километров от места посадки, позволяя быстро и легко собирать различные образцы почвы и пород. На предыдущих миссиях астронавты никогда не отходили дальше, чем в нескольких сотнях метров от лунного модуля

Питание роверов обеспечивали два 36-вольтовых серебро-цинковых калий-гидроксидных не перезаряжаемых аккумулятора. Это была поразительная технология для того времени, но невозможность перезарядки аккумуляторов, связанная со значительной чувствительностью к температуре, серьезно ограничивала запас хода до максимума 90 км. По данным NASA, лунный ровер Apollo 15 проехал 27,8 км. Путешествие Apollo 16 составило 26,7 км, тогда как Apollo 17 преодолел 35,8 км

К Луне и обратно 

Теперь NASA активно готовится к возвращению на Луну впервые за более чем полвека, и агентство предоставило трем командам контракты на разработку новых концепций Lunar Terrain Vehicle. Но только одна группа под руководством компании Lunar Outpost включает GM, крупнейшего автопроизводителя Америки, второго по величине производителя электромобилей и лидера в передовых исследованиях, производстве и зарядке аккумуляторов

Сегодня все электромобили в портфеле GM в США – от Chevrolet Equinox EV до супер-трака GMC Hummer EV – работают на литий-ионных аккумуляторах с катодами высокого содержания никеля. Его еще называют NCMA, сокращен от никель-кобальт-марганец-алюминий оксид. NCMA-аккумуляторы обеспечивают высокую плотность энергии, длительный срок службы, высокую мощность и широкий диапазон рабочих температур. GM использует вариацию этих NCMA-аккумуляторов для концептуального LTV

В последние месяцы в GM объявили планы коммерческого производства литий-марганцевых аккумуляторов или LMR-аккумуляторов — а также LFP-аккумуляторов, сокращенно от литий-железо-фосфат — для использования в будущих электромобилях GM. Новые типы аккумуляторов GM придадут больше гибкости для создания доступных электромобилей с большим запасом хода

“Технология аккумуляторов действительно пошла к Луне и обратно”, – сказал Курт Келти, вице-президент по аккумуляторам, движителям и стойкости. “Я в этой области более 30 лет, начиная с момента, когда литий-ионные аккумуляторы были впервые коммерциализированы. Тогда мы разрабатывали аккумуляторы для видеокамер и ноутбуков, пытаясь выжать несколько дополнительных минут работы. Сегодня мы живем полноразмерные электрические траки, которые могут проехать 800 км на одном. GM продолжает расширять пределы возможного – даже на лунной поверхности”

В недавнем тщательно спланированном тесте запаса хода, проведенном командой инженеров GM, Chevrolet Silverado EV Max Range Work Truck проехал еще дальше, преодолев 1704 км на полном заряде

Выживание во время лунной ночи 

Новое лунное транспортное средство разработано со значительно большим запасом хода и емкостью аккумулятора, чем оригинальный ровер. Новинка также спроектирована для выживания в полной темноте во время 14-дневной лунной ночи с температурами до -203 градусов Цельсия, с общим сроком службы до 10 лет. Транспортное средство будет способно как к пилотируемому, так и беспилотному управлению

GM отвечает не только за аккумулятор и систему питания в проекте Lunar Outpost, но и за шасси и компоненты подвески, а также автономные функции, такие как контроль тяги и стабильности, электронное управление

Благодаря аккумуляторам, встроенным в шасси, подобно серийным электромобилям GM, лунный ровер будет иметь заниженный центр тяжести. Это обеспечит ему лучшую устойчивость и точный контроль при движении даже в сложных условиях. Кроме того, General Motors добавляет к проекту свой многолетний опыт в создании передовых систем помощи водителю – например, технологию Super Cruise, которая уже доступна во многих моделях компании и позволяет двигаться по трассе практически без участия водителя

Мадху Рагхаван, главный менеджер по архитектуре аккумуляторов и систем в GM и член команды исследований и разработок компании, отмечает, что аккумуляторы нового Lunar Terrain Vehicle основываются на технологии NCMA, которую GM уже использует в своих легковых электромобилях. В то же время для лунного ровера эти системы претерпели существенные обновления. Ведь на Луне нет ни зарядных станций, ни сервисных центров, поэтому батареи должны быть исключительно надежными и способными работать в экстремальных условиях без всякого обслуживания

Поэтому аккумуляторы созданы по принципу fault-tolerant – они будут оставаться работоспособными даже при выходе из строя части элементов. Для защиты от экстремально низких температур в них встроены нагревательные элементы и мощная термоизоляция. По словам Рагхавана, батареи рассчитаны по меньшей мере на десятилетнюю эксплуатацию и пробег около 30 000 километров, что почти в тысячу раз превышает расстояние, которое в свое время преодолевали первые лунные вездеходы

Учитывая ставки, аккумуляторные пакеты ровера потребуют того, что Рагхаван описывает как “супер-точную лазерную сварку” с “флеш-термографией” для сканирования каждой сварки “в очень точный и осторожный способ, чтобы избежать дефектов.” Эта технология сканирования первоначально была разработана для создания высоконадежных пакетов для земных электромобилей GM

Когда новый ровер будет работать автономно на Луне, одна из его ключевых задач состоит в создании детальных карт лунной поверхности. Это позволит постепенно развивать систему навигации, подобную Super Cruise, но специально адаптированную для условий Луны, которой впоследствии смогут пользоваться астронавты

NASA планирует до конца этого года объявить, какие именно проекты лунных вездеходов перейдут в следующую фазу разработки

«Возвращение на Луну – это событие огромного масштаба для всей нации, и для нашей команды участие в этой программе является особым поводом для гордости», – отметил доктор Брюс Браун, вице-президент по развитию и стратегии GM Defense. «Мало что сравнимо по сложности с задачей безопасно перевозить астронавтов поверхностью Луны. В то же время, наша работа над этим проектом дает мощный импульс другим направлениям деятельности GM Defense, которые все больше сосредотачиваются на создании электрических и автономных решений для поддержки глобальных клиентов в преодолении их наибольших вызовов»

В результате связь между Hummer EV и Eagle LTV ярко показывает, как технологии, созданные для Земли, получают вторую жизнь в космосе. Это заставляет задуматься: если мы способны превратить мощный пикап в транспорт для Луны, то какие горизонты открываются перед электромобилями на Земле? Будущее заключается в интеграции, где космические вызовы становятся двигателем для инноваций в нашей повседневной жизни