Za manje od tri godine, astronauti će se vratiti na Mjesec po prvi put od Apollo ere. Kao dio programa Artemis, svrha nije samo poslati misije s posadom natrag na površinu Mjeseca kako bi istražili i prikupili uzorke. Ovog puta, tu je i cilj uspostave vitalne infrastrukture (poput Lunarna kapija i a Osnovni logor ) koji će omogućiti 'trajno istraživanje Mjeseca'.
Ključni uvjet za ovaj ambiciozni plan je opskrba električnom energijom, što može biti teško u regijama kao što je Južni pol – bazen Aitken – kratersko područje koje je trajno zasjenjeno. Kako bi to riješio, istraživač iz NASA Langley istraživačkog centra po imenu Charles Taylor predložio je novi koncept poznat kao ' Svjetlosni Bender .” Koristeći teleskopsku optiku, ovaj bi sustav mogao uhvatiti i distribuirati sunčevu svjetlost na Mjesecu.
Koncept Light Bender bio je jedan od 16 prijedloga koji su odabrani za Fazu I 2021 NASA inovativni napredni koncepti (NIAC) program koji nadzire NASA Uprava za misiju svemirske tehnologije (STMD). Kao i kod prethodnih NIAC podnesaka, oni prijedlozi koji su odabrani predstavljaju širok raspon inovativnih ideja koje bi mogle pomoći u unapređenju NASA-inih ciljeva istraživanja svemira.
Konceptualna ilustracija trajno zasjenjenih, plitkih ledenih kratera u blizini južnog pola Mjeseca. Zasluge: UCLA/NASA
U ovom slučaju, prijedlog Light Bender rješava potrebe astronauta koji će biti dio misija Artemis i “ Dugoročna prisutnost čovjeka na mjesečevoj površini ” koji će uslijediti. Dizajn za Taylorov koncept inspiriran je heliostatom, uređajem koji se prilagođava kako bi kompenzirao prividno kretanje Sunca na nebu tako da stalno reflektira sunčevu svjetlost prema meti.
U slučaju Light Bendera, optika Cassegrain teleskopa koristi se za hvatanje, koncentriranje i fokusiranje sunčeve svjetlosti, dok se Fresnelova leća koristi za poravnavanje svjetlosnih zraka za distribuciju na više izvora koji se nalaze na udaljenosti od 1 km (0,62 mi) ili više. Tu svjetlost zatim primaju fotonaponski nizovi promjera od 2 do 4 m (~6,5 do 13 stopa) koji pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu energiju.
Osim staništa, Light Bender je sposoban opskrbiti napajanje jedinicama za krio hlađenje i pokretnim sredstvima poput rovera. Ova vrsta niza također bi mogla igrati važnu ulogu u stvaranju vitalne infrastrukture osiguravajući snagu za elemente korištenja resursa na licu mjesta (ISRU), kao što su vozila prikupljaju lokalni regolit za korištenje u modulima 3-D pisača (koji će ga koristiti za graditi površinske strukture). Kako je Taylor opisao u svojoj izjavi o prijedlogu faze I NIAC-a:
“Ovaj koncept je superiorniji od alternativa kao što je vrlo neučinkovito lasersko zračenje snage, jer samo jednom pretvara svjetlost u električnu energiju, i od tradicionalnih arhitektura distribucije energije koje se oslanjaju na kablove s intenzivnom masom. Ponuda vrijednosti Light Bendera je ~5x smanjenje mase mase u odnosu na tradicionalna tehnološka rješenja kao što su lasersko zračenje ili distribucijska mreža zasnovana na visokonaponskim energetskim kabelima.”
Ilustracija konceptualnog fisijskog površinskog elektroenergetskog sustava na Mjesecu. Zasluge: NASA
No, možda je najveća prednost takvog sustava način na koji može distribuirati sustave napajanja na trajno zasjenjene kratere Mjesečeve površine, koji su uobičajeni u južnom polarnom području Mjeseca. U nadolazećim godinama više svemirskih agencija – uključujući NASA-u, ESA-u, Roscomos i Kinesku nacionalnu svemirsku agenciju (CNSA) – nadaju se uspostaviti dugoročna staništa u tom području zbog prisutnosti vodenog leda i drugih resursa.
Razina snage koju sustav pruža također je usporediva s Kilosnaga koncept, predloženi energetski sustav nuklearne fisije dizajniran da omogući dugotrajan boravak na Mjesecu i drugim tijelima. Ovaj sustav će navodno osigurati snagu od 10 kilovata-električnih (kWe) – što je ekvivalent tisuću vata električnog kapaciteta.
'U početnom dizajnu, primarno zrcalo hvata ekvivalent od gotovo 48 kWe sunčeve svjetlosti', piše Taylor. 'Električna snaga krajnjeg korisnika ovisi o udaljenosti od primarne sabirne točke, ali analize stražnje strane ovojnice sugeriraju da će najmanje 9 kW kontinuirane snage biti dostupno unutar 1 km.'
Povrh svega, Taylor naglašava da je ukupna količina energije koju sustav može generirati skalabilna. U osnovi, može se povećati jednostavnom promjenom veličine primarnog sabirnog elementa, veličine elemenata prijemnika, udaljenosti između čvorova ili samo povećanjem ukupnog broja kolektora sunčeve svjetlosti na površini. Kako vrijeme prolazi i sve se više infrastrukture dodaje u regiju, sustav se može prilagoditi kako bi se prilagodio.
Ilustracija NASA-inih astronauta na južnom polu Mjeseca. Zasluge: NASA
Kao i sa svim prijedlozima koji su odabrani za fazu I programa NIAC 2021., Taylorov koncept će dobiti NASA-in grant u iznosu do 125.000 dolara. Svi suradnici prve faze sada su u početnom devetomjesečnom razdoblju studije izvedivosti, gdje će dizajneri procijeniti različite aspekte svojih dizajna i pozabaviti se predvidljivim problemima koji bi mogli utjecati na operacije na konceptima nakon što budu djelovali u bazenu Južnog pola-Aitken.
Taylor će se posebno usredotočiti na to kako bi se optička leća mogla poboljšati na temelju različitih dizajna, materijala i premaza koji bi rezultirali prihvatljivim razinama širenja svjetlosti. Također će procjenjivati kako bi se leća mogla dizajnirati na takav način da se može samostalno aktivirati nakon što dosegne površinu Mjeseca. Moguće metode za autonomnu implementaciju bit će predmet naknadnih studija.
Nakon izrade/studije izvedivosti, evaluacija arhitektonskih alternativa za Light Bender bit će izvedena u kontekstu lunarne baze smještene u blizini južnog pola Mjeseca tijekom trajnih operacija na površini Mjeseca. Primarna zasluga bit će minimiziranje iskrcane mase. Usporediti će se s poznatim tehnologijama distribucije energije kao što su kabeli i lasersko zračenje energije.
Nakon što ove studije izvodljivosti budu gotove, Light Bender i drugi stipendisti Faze I moći će se prijaviti za nagrade Faze II. Jenn Gustetic, direktorica inovacija i partnerstava u ranoj fazi unutar NASA-ine Uprave za misiju svemirske tehnologije (STMD) rekla je:
“Poznato je da NIAC Fellows sanjaju velike, predlažući tehnologije koje se mogu činiti graničnim znanstvenom fantastikom i za razliku od istraživanja koje financiraju drugi programi agencija. Ne očekujemo da će se svi oni ostvariti, ali priznajemo da bi osiguravanje male količine početnog financiranja za rana istraživanja moglo dugoročno koristiti NASA-i.”
