In meno di tre anni, gli astronauti torneranno sulla luna per la prima volta dall'era Apollo. Nell'ambito del programma Artemis, lo scopo non è solo quello di inviare missioni con equipaggio sulla superficie lunare per esplorare e raccogliere campioni. Questa volta, c'è anche l'obiettivo di stabilire infrastrutture vitali (come il Lunar Gateway e un campo base) che consentano "l'esplorazione lunare sostenuta".

Un requisito fondamentale per questo ambizioso piano è la fornitura di energia, che può essere difficile in regioni come il bacino del Polo Sud-Aitken, una regione craterizzata che è permanentemente in ombra. Per affrontare questo, un ricercatore del Langley Research Center della NASA di nome Charles Taylor ha proposto un nuovo concetto noto come "Light Bender". Usando l'ottica del telescopio, questo sistema dovrebbe catturare e distribuire la luce solare sulla luna.

Il concetto di Light Bender era una delle 16 proposte selezionate per la Fase I del programma 2021 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), che è supervisionato dalla Space Technology Mission Directorate (STMD) della NASA. Come per le precedenti comunicazioni NIAC, quelle proposte che sono state selezionate rappresentano una vasta gamma di idee innovative che potrebbero aiutare a far avanzare gli obiettivi di esplorazione spaziale della NASA.

In questo caso, la proposta Light Bender risponde alle esigenze degli astronauti che faranno parte delle missioni Artemis e della "presenza umana a lungo termine sulla superficie lunare" che seguirà. Il design del concept di Taylor è stato ispirato dall'eliostato, un dispositivo che si regola per compensare il moto apparente del Sole nel cielo in modo che continui a riflettere la luce solare verso un bersaglio.

Nel caso del Light Bender, L'ottica del telescopio Cassegrain viene utilizzata per catturare, concentrati, e focalizzare la luce solare mentre viene utilizzata una lente di Fresnel per allineare i fasci di luce per la distribuzione a più sorgenti situate a distanze di 1 km (0,62 mi) o più. Questa luce viene quindi ricevuta da array fotovoltaici di diametro compreso tra 2 e 4 m (~6,5-13 piedi) che convertono la luce solare in elettricità.

Oltre agli habitat, il Light Bender è in grado di fornire energia alle unità di crio-raffreddamento e alle risorse mobili come i rover. Questo tipo di array potrebbe anche svolgere un ruolo importante nella creazione di infrastrutture vitali fornendo energia agli elementi di utilizzo delle risorse in situ (ISRU), come i veicoli che raccolgono la regolite locale da utilizzare nei moduli della stampante 3D per costruire strutture superficiali. Come ha descritto Taylor nella sua dichiarazione di proposta di Fase I della NIAC:

"Questo concetto è superiore alle alternative come il raggio laser altamente inefficiente, poiché converte la luce in elettricità solo una volta, e alle tradizionali architetture di distribuzione dell'energia che si basano su cavi ad alta intensità di massa. La proposta di valore di Light Bender è una riduzione di massa di circa 5 volte rispetto alle soluzioni tecnologiche tradizionali come il raggio laser o una rete di distribuzione basata su cavi di alimentazione ad alta tensione."

Ma forse la più grande attrazione di un tale sistema è il modo in cui può distribuire i sistemi energetici ai crateri permanentemente ombreggiati della superficie lunare, che sono comuni nella regione polare meridionale della luna. Negli anni a venire, più agenzie spaziali, tra cui la NASA, ESA, Roscomo, e la China National Space Agency (CNSA) – sperano di stabilire habitat a lungo termine nell'area a causa della presenza di ghiaccio d'acqua e altre risorse.

Anche il livello di potenza fornito dal sistema è paragonabile al concetto Kilopower, un sistema di energia a fissione nucleare proposto progettato per consentire soggiorni di lunga durata sulla luna e altri corpi. Secondo quanto riferito, questo sistema fornirà una capacità di potenza di 10 Kilowatt elettrici (kWe), l'equivalente di mille watt di capacità elettrica.

"Nel progetto iniziale, lo specchio primario cattura l'equivalente di quasi 48 kWe di luce solare, " scrive Taylor. "L'energia elettrica dell'utente finale dipende dalla distanza dal punto di raccolta primario, ma le analisi retrospettive suggeriscono che entro 1 km saranno disponibili almeno 9kWe di potenza continua."

Oltre a tutto ciò, Taylor sottolinea che la quantità totale di energia che il sistema può generare è scalabile. Fondamentalmente, può essere aumentato semplicemente modificando la dimensione dell'elemento della raccolta primaria, la dimensione degli elementi riceventi, la distanza tra i nodi, o semplicemente aumentando il numero totale di collettori solari sulla superficie. Col passare del tempo e più infrastrutture vengono aggiunte a una regione, il sistema può essere scalato per adattarsi.

Come per tutte le proposte selezionate per la Fase I del programma NIAC 2021, Il concetto di Taylor riceverà una sovvenzione della NASA fino a $ 125, 000. Tutti i borsisti di Fase I sono ora in un periodo iniziale di studio di fattibilità di nove mesi, dove i progettisti valuteranno vari aspetti dei loro progetti e affronteranno i problemi prevedibili che potrebbero avere un impatto sulle operazioni sui concetti una volta che operano nel bacino del Polo Sud-Aitken.

In particolare, Taylor si concentrerà su come l'obiettivo ottico potrebbe essere migliorato in base a diversi design, materiali, e rivestimenti che porterebbero a livelli accettabili di propagazione della luce. Valuterà anche come la lente potrebbe essere progettata in modo tale da potersi schierare autonomamente una volta raggiunta la superficie lunare. Eventuali modalità di implementazione autonoma saranno oggetto di studi successivi.

A seguito dello studio di progettazione/fattibilità, una valutazione delle alternative architettoniche per Light Bender sarà eseguita nel contesto di una base lunare situata vicino al polo sud della luna durante le operazioni prolungate sulla superficie lunare. La prima figura di merito sarà la minimizzazione della massa sbarcata. Verranno effettuati confronti con tecnologie di distribuzione dell'energia note come cavi e raggi laser.

Dopo che questi studi di fattibilità sono stati completati, il Light Bender e altri borsisti di Fase I potranno richiedere i premi di Fase II. Ha detto Jenn Gustetic, il direttore delle innovazioni e delle partnership in fase iniziale all'interno della Space Technology Mission Directorate (STMD) della NASA:

"I borsisti NIAC sono noti per sognare in grande, proponendo tecnologie che possono sembrare confinanti con la fantascienza e sono diverse dalla ricerca finanziata da altri programmi di agenzie. Non ci aspettiamo che arrivino tutti a buon fine, ma riconosciamo che fornire una piccola quantità di fondi per la ricerca iniziale potrebbe avvantaggiare notevolmente la NASA a lungo termine".