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 de crateras que fica permanentemente sombreada.
Para resolver isso, 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 que foram selecionadas para a Fase I do programa 2021 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), que é supervisionado pelo Space Technology Mission Directorate (STMD) da NASA.
Tal como acontece com as submissões anteriores do NIAC, as propostas que foram 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 da Superfície Lunar de Longo Prazo” que se seguirão.
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, concentrar 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 quilômetro (0,62 milhas) ou mais. Essa luz é então recebida por matrizes fotovoltaicas medindo 2 a 4 metros (~ 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 3-D (que o usarão para construir estruturas de superfície).
Como Taylor descreveu em sua declaração de proposta de Fase I do NIAC: “Este conceito é superior a alternativas como o feixe de energia a laser altamente ineficiente, uma vez que converte luz em eletricidade apenas uma vez, e em arquiteturas de distribuição de energia tradicionais que dependem de cabos intensivos em massa. Proposição de Light Bender é uma redução de massa de cerca de 5x na massa em relação às soluções tecnológicas tradicionais, como Laser Power Beaming ou uma rede de distribuição baseada em cabos de alimentação 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) – esperam 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 para permitir estadias de longa duração na Lua e em outros corpos.
Este sistema fornecerá uma capacidade de energia de 10 quilowatts elétricos (kWe) – o equivalente a mil watts de capacidade elétrica.
“No projeto 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 no final da análise do envelope sugere que pelo menos 9kWe de energia 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 escalonável.
Basicamente, ele pode ser aumentado simplesmente mudando o tamanho do elemento de coleta primário, 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 um subsídio 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 diferentes designs, 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 possíveis métodos de implantação autônoma serão objeto de estudos subsequentes.
Seguindo o projeto / estudo de 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 operações sustentadas na 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.
Após a conclusão desses estudos de viabilidade, o Light Bender e outros bolsistas da Fase I poderão se inscrever para os prêmios da Fase II. Disse Jenn Gustetic, diretora de inovações e parcerias em estágio inicial da Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA (STMD):
“NIAC Fellows são conhecidos por sonhar alto, propondo tecnologias que podem parecer uma fronteira com a ficção científica e são diferentes de pesquisas sendo financiadas por programas de outras agências. Não esperamos que todos eles se concretizem, mas reconhecemos que fornecer uma pequena quantidade de sementes o financiamento para as primeiras pesquisas poderia beneficiar a NASA muito no longo prazo. ”
Publicado em 28/03/2021 16h18
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