Em menos de três anos, os astronautas retornarão à lua pela primeira vez desde a era Apollo. Como parte do Programa Artemis, o objetivo não é apenas enviar missões tripuladas de volta à superfície lunar para explorar e coletar amostras. Desta vez, há também o objetivo de estabelecer uma infraestrutura vital (como o Portal Lunar e um acampamento-base) que permitirá a "exploração lunar sustentada".

Um requisito fundamental para este plano ambicioso é o fornecimento de energia, o que pode ser difícil em regiões como o Pólo Sul-Bacia de Aitken - uma região com crateras permanentemente sombreadas. Para endereçar isto, um pesquisador do Centro de Pesquisa Langley da NASA, chamado Charles Taylor, propôs um novo conceito conhecido como "Light Bender". Usando a ótica do telescópio, este sistema capturaria e distribuiria a luz solar na lua.

O conceito Light Bender foi uma das 16 propostas selecionadas para a Fase I do programa 2021 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), que é supervisionado pela Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA (STMD). Tal como acontece com os envios anteriores do NIAC, as propostas selecionadas representam uma ampla gama de ideias inovadoras que podem ajudar a promover os objetivos de exploração espacial da NASA.

Nesse caso, a proposta do Light Bender atende às necessidades dos astronautas que farão parte das missões Artemis e da "presença humana de longo prazo na superfície lunar" que se seguirá. O design do conceito de Taylor foi inspirado no heliostato, um dispositivo que se ajusta para compensar o movimento aparente do Sol no céu para que continue refletindo a luz do sol em direção a um alvo.

No caso do Light Bender, A ótica do telescópio Cassegrain é utilizada para capturar, concentrado, e focalizar a luz do sol enquanto uma lente de Fresnel é usada para alinhar os feixes de luz para distribuição a várias fontes localizadas a distâncias de 1 km (0,62 mi) ou mais. Essa luz é então recebida por matrizes fotovoltaicas medindo 2 a 4 m (~ 6,5 a 13 pés) de diâmetro que convertem a luz do sol em eletricidade.

Além de habitats, o Light Bender é capaz de fornecer energia para unidades de crio-resfriamento e ativos móveis como rovers. Este tipo de matriz também pode desempenhar um papel importante na criação de infraestrutura vital, fornecendo energia para elementos de utilização de recursos in-situ (ISRU), como veículos colhem regolito local para uso em módulos de impressora 3D para construir estruturas de superfície. Como Taylor descreveu em sua declaração de proposta NIAC Fase I:

"Este conceito é superior a alternativas, como feixes de energia a laser altamente ineficientes, pois só converte luz em eletricidade uma vez, e para arquiteturas tradicionais de distribuição de energia que dependem de cabos intensivos em massa. A proposta de valor do Light Bender é uma redução de massa de ~ 5x na massa em relação às soluções tecnológicas tradicionais, como feixe de energia a laser ou uma rede de distribuição baseada em cabos de energia de alta tensão. "

Mas talvez a maior atração desse sistema seja a maneira como ele pode distribuir sistemas de energia para crateras permanentemente sombreadas da superfície da lua, que são comuns na região polar sul da lua. Nos próximos anos, várias agências espaciais, incluindo NASA, ESA, Roscomos, e a Agência Espacial Nacional da China (CNSA) - espera estabelecer habitats de longo prazo na área devido à presença de gelo de água e outros recursos.

O nível de energia que o sistema fornece também é comparável ao conceito Kilopower, um sistema de energia de fissão nuclear proposto projetado para permitir estadias de longa duração na lua e outros corpos. Este sistema fornecerá uma capacidade de energia de 10 quilowatts elétricos (kWe) - o equivalente a mil watts de capacidade elétrica.

"No design inicial, o espelho primário captura o equivalente a quase 48 kWe de luz solar, "escreve Taylor." A energia elétrica do usuário final depende da distância do ponto de coleta principal, mas as análises posteriores do envelope sugerem que pelo menos 9 kWe de potência contínua estarão disponíveis dentro de 1 km. "

Além de tudo isso, Taylor enfatiza que a quantidade total de energia que o sistema pode gerar é escalável. Basicamente, pode ser aumentado simplesmente mudando o tamanho do elemento da coleção primária, o tamanho dos elementos receptores, a distância entre os nós, ou apenas aumentando o número total de coletores de luz solar na superfície. Conforme o tempo passa e mais infraestrutura é adicionada a uma região, o sistema pode ser escalado para se adaptar.

Tal como acontece com todas as propostas que foram selecionadas para a Fase I do programa NIAC de 2021, O conceito de Taylor receberá uma bolsa da NASA de até US $ 125, 000. Todos os bolsistas da Fase I estão agora em um período inicial de estudo de viabilidade de nove meses, onde os projetistas avaliarão vários aspectos de seus projetos e abordarão problemas previsíveis que poderiam impactar as operações sobre os conceitos, uma vez que estejam operando no Pólo Sul-Bacia de Aitken.

Em particular, Taylor se concentrará em como as lentes ópticas podem ser melhoradas com base em designs diferentes, materiais, e revestimentos que resultariam em níveis aceitáveis ​​de propagação de luz. Ele também avaliará como as lentes podem ser projetadas de forma que possam ser implantadas de forma autônoma ao atingir a superfície lunar. Os métodos possíveis para implantação autônoma serão objeto de estudos subsequentes.

Após o estudo de projeto / viabilidade, uma avaliação das alternativas arquitetônicas para o Light Bender será realizada no contexto de uma base lunar localizada perto do pólo sul da lua durante as operações sustentadas da superfície lunar. A principal figura de mérito será a minimização da massa terrestre. As comparações serão feitas com tecnologias de distribuição de energia conhecidas, como cabos e feixes de energia a laser.

Depois que esses estudos de viabilidade forem concluídos, o Light Bender e outros bolsistas da Fase I poderão se inscrever para os prêmios da Fase II. Disse Jenn Gustetic, o diretor de inovações e parcerias em estágio inicial da Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA (STMD):

"Os bolsistas do NIAC são conhecidos por sonhar alto, propor tecnologias que podem parecer beirar a ficção científica e são diferentes de pesquisas financiadas por programas de outras agências. Não esperamos que todos eles se concretizem, mas reconhecemos que fornecer uma pequena quantidade de financiamento inicial para pesquisas iniciais poderia beneficiar a NASA muito no longo prazo. "