En menos de tres años, los astronautas regresarán a la luna por primera vez desde la Era Apolo. Como parte del Programa Artemis, el propósito no es solo enviar misiones tripuladas de regreso a la superficie lunar para explorar y recolectar muestras. En esta época, También existe el objetivo de establecer una infraestructura vital (como el Portal Lunar y un Campamento Base) que permitirá una "exploración lunar sostenida".

Un requisito clave para este ambicioso plan es el suministro de energía, lo cual puede ser difícil en regiones como el Polo Sur-Cuenca de Aitken, una región llena de cráteres que está permanentemente en sombra. Para abordar esto, un investigador del Centro de Investigación Langley de la NASA llamado Charles Taylor ha propuesto un concepto novedoso conocido como "Light Bender". Usando óptica de telescopio, este sistema capturaría y distribuiría la luz solar en la luna.

El concepto Light Bender fue una de las 16 propuestas que fueron seleccionadas para la Fase I del programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA de 2021, que es supervisado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA (STMD). Al igual que con las presentaciones anteriores de CANI, las propuestas que fueron seleccionadas representan una amplia gama de ideas innovadoras que podrían ayudar a promover los objetivos de exploración espacial de la NASA.

En este caso, la propuesta de Light Bender aborda las necesidades de los astronautas que serán parte de las misiones Artemis y la "presencia humana a largo plazo en la superficie lunar" que seguirá. El diseño del concepto de Taylor se inspiró en el helióstato, un dispositivo que se ajusta para compensar el movimiento aparente del Sol en el cielo para que siga reflejando la luz solar hacia un objetivo.

En el caso del Light Bender, La óptica del telescopio Cassegrain se utiliza para capturar, concentrado, y enfocar la luz solar mientras se usa una lente Fresnel para alinear los haces de luz y distribuirlos a múltiples fuentes ubicadas a distancias de 1 km (0,62 millas) o más. Luego, esta luz es recibida por matrices fotovoltaicas que miden de 2 a 4 m (~ 6.5 a 13 pies) de diámetro que convierten la luz solar en electricidad.

Además de los hábitats, Light Bender es capaz de proporcionar energía a unidades de crioenfriamiento y activos móviles como rovers. Este tipo de matriz también podría desempeñar un papel importante en la creación de infraestructura vital al proporcionar energía a los elementos de utilización de recursos in situ (ISRU), como los vehículos que cosechan regolitos locales para su uso en módulos de impresoras 3D para construir estructuras de superficie. Como Taylor describió en su declaración de propuesta de la Fase I del NIAC:

"Este concepto es superior a alternativas como la transmisión de energía láser altamente ineficiente, ya que solo convierte la luz en electricidad una vez, ya las arquitecturas tradicionales de distribución de energía que dependen de cables de gran masa. La propuesta de valor de Light Bender es una reducción de masa de ~ 5 veces superior a las soluciones tecnológicas tradicionales, como la transmisión de energía por láser o una red de distribución basada en cables de alimentación de alto voltaje ".

Pero quizás el mayor atractivo de un sistema de este tipo es la forma en que puede distribuir los sistemas de energía a los cráteres de la superficie de la luna permanentemente sombreados. que son comunes en la región polar sur de la Luna. En los próximos años, múltiples agencias espaciales, incluida la NASA, ESA, Roscomos, y la Agencia Espacial Nacional de China (CNSA):esperan establecer hábitats a largo plazo en el área debido a la presencia de hielo de agua y otros recursos.

El nivel de potencia que proporciona el sistema también es comparable al concepto Kilopower, un sistema de energía de fisión nuclear propuesto diseñado para permitir estancias de larga duración en la luna y otros cuerpos. Según se informa, este sistema proporcionará una capacidad de energía de 10 kilovatios eléctricos (kWe), el equivalente a mil vatios de capacidad eléctrica.

"En el diseño inicial, el espejo primario captura el equivalente a casi 48 kWe de luz solar, "escribe Taylor." La energía eléctrica del usuario final depende de la distancia desde el punto de recolección principal, pero los análisis de fondo sugieren que al menos 9kWe de energía continua estarán disponibles dentro de 1 km ".

Encima de todo eso, Taylor enfatiza que la cantidad total de energía que puede generar el sistema es escalable. Básicamente, se puede aumentar simplemente cambiando el tamaño del elemento principal de la colección, el tamaño de los elementos del receptor, la distancia entre nodos, o simplemente aumentando el número total de captadores de luz solar en la superficie. A medida que pasa el tiempo y se agrega más infraestructura a una región, el sistema se puede escalar para adaptarse.

Al igual que con todas las propuestas que fueron seleccionadas para la Fase I del programa CANI 2021, El concepto de Taylor recibirá una subvención de la NASA de hasta $ 125, 000. Todos los becarios de la fase I se encuentran ahora en un período inicial de estudio de viabilidad de nueve meses, donde los diseñadores evaluarán varios aspectos de sus diseños y abordarán problemas previsibles que podrían afectar las operaciones de los conceptos una vez que estén operando en la Cuenca del Polo Sur-Aitken.

En particular, Taylor se centrará en cómo se podría mejorar la lente óptica en base a diferentes diseños, materiales y revestimientos que darían como resultado niveles aceptables de propagación de la luz. También evaluará cómo se podría diseñar la lente de tal manera que se pueda desplegar de forma autónoma una vez que llegue a la superficie lunar. Los posibles métodos de despliegue autónomo serán objeto de estudios posteriores.

Tras el estudio de diseño / viabilidad, Se realizará una evaluación de alternativas arquitectónicas para Light Bender en el contexto de una base lunar ubicada cerca del polo sur de la luna durante operaciones sostenidas en la superficie lunar. La principal figura de mérito será la minimización de la masa de tierra. Se realizarán comparaciones con tecnologías de distribución de energía conocidas, como cables y rayos de energía láser.

Una vez finalizados estos estudios de viabilidad, Light Bender y otros becarios de la Fase I podrán postularse para los premios de la Fase II. Dijo Jenn Gustetic, el director de innovaciones y asociaciones en etapa inicial dentro de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA (STMD):

"Los becarios del NIAC son conocidos por soñar en grande, proponer tecnologías que pueden parecer fronterizas con la ciencia ficción y que son diferentes a la investigación financiada por otros programas de agencias. No esperamos que todos se hagan realidad, pero reconocemos que proporcionar una pequeña cantidad de fondos iniciales para la investigación temprana podría beneficiar enormemente a la NASA a largo plazo ".