In minder dan drie jaar tijd astronauten zullen voor het eerst sinds het Apollo-tijdperk terugkeren naar de maan. Als onderdeel van het Artemis-programma, het doel is niet alleen om bemande missies terug te sturen naar het maanoppervlak om monsters te onderzoeken en te verzamelen. Deze keer, er is ook het doel om vitale infrastructuur op te zetten (zoals de Lunar Gateway en een basiskamp) die "aanhoudende maanverkenning" mogelijk maakt.

Een belangrijke vereiste voor dit ambitieuze plan is de levering van stroom, wat moeilijk kan zijn in regio's zoals het Zuidpool-Aitken-bekken - een gebied met kraters dat permanent in de schaduw staat. Dit behandelen, een onderzoeker van het NASA Langley Research Center genaamd Charles Taylor heeft een nieuw concept voorgesteld dat bekend staat als 'Light Bender'. Met behulp van telescoopoptiek, dit systeem zou zonlicht op de maan opvangen en verspreiden.

Het Light Bender-concept was een van de 16 voorstellen die werden geselecteerd voor fase I van het NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programma 2021, die onder toezicht staat van NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD). Net als bij eerdere NIAC-inzendingen, de geselecteerde voorstellen vertegenwoordigen een breed scala aan innovatieve ideeën die de NASA-doelen voor ruimteverkenning kunnen helpen bevorderen.

In dit geval, het Light Bender-voorstel komt tegemoet aan de behoeften van astronauten die deel zullen uitmaken van de Artemis-missies en de "aanwezigheid van het menselijke maanoppervlak op lange termijn" die zal volgen. Het ontwerp voor Taylor's concept is geïnspireerd op de heliostaat, een apparaat dat zich aanpast om de schijnbare beweging van de zon aan de hemel te compenseren, zodat het zonlicht naar een doel blijft reflecteren.

In het geval van de Light Bender, Cassegrain-telescoopoptieken worden gebruikt voor het vastleggen, concentreren, en focus zonlicht terwijl een Fresnel-lens wordt gebruikt om lichtstralen uit te lijnen voor distributie naar meerdere bronnen op afstanden van 1 km (0,62 mi) of meer. Dit licht wordt vervolgens opgevangen door fotovoltaïsche arrays met een diameter van 2 tot 4 m (~6,5 tot 13 ft) die het zonlicht omzetten in elektriciteit.

Naast leefgebieden, de Light Bender is in staat om stroom te leveren aan cryokoelingseenheden en mobiele activa zoals rovers. Dit soort array kan ook een belangrijke rol spelen bij het creëren van vitale infrastructuur door stroom te leveren aan in-situ resource gebruik (ISRU) elementen, zoals voertuigen oogsten lokale regoliet voor gebruik in 3D-printermodules om oppervlaktestructuren te bouwen. Zoals Taylor beschreef in zijn NIAC Phase I-voorstelverklaring:

"Dit concept is superieur aan alternatieven zoals zeer inefficiënte laserstralen, omdat het licht maar één keer in elektriciteit omzet, en voor traditionele stroomdistributie-architecturen die afhankelijk zijn van massa-intensieve kabels. De waardepropositie van Light Bender is een ~5x massavermindering in massa ten opzichte van traditionele technologische oplossingen zoals laserstralen of een distributienetwerk gebaseerd op hoogspanningskabels."

Maar misschien is de grootste aantrekkingskracht van een dergelijk systeem de manier waarop het energiesystemen kan distribueren naar permanent beschaduwde kraters van het maanoppervlak, die veel voorkomen in het zuidelijke poolgebied van de maan. In de komende jaren, meerdere ruimteagentschappen, waaronder NASA, ESA, Roscomos, en de China National Space Agency (CNSA) - hopen op lange termijn habitats in het gebied te vestigen vanwege de aanwezigheid van waterijs en andere hulpbronnen.

Het vermogen dat het systeem levert is ook vergelijkbaar met het Kilopower-concept, een voorgesteld kernsplijtingssysteem dat is ontworpen om langdurig verblijf op de maan en andere lichamen mogelijk te maken. Dit systeem zal naar verluidt een vermogen leveren van 10 kilowatt-elektrisch (kWe) - het equivalent van duizend watt elektrisch vermogen.

"In het oorspronkelijke ontwerp de hoofdspiegel vangt het equivalent van bijna 48 kWe zonlicht op, ", schrijft Taylor. "Elektriciteit van de eindgebruiker is afhankelijk van de afstand tot het primaire verzamelpunt, maar de achterkant van de enveloppe-analyses suggereren dat er binnen 1 km minstens 9kWe continu vermogen beschikbaar zal zijn."

Bovenop dat alles, Taylor benadrukt dat de totale hoeveelheid stroom die het systeem kan genereren schaalbaar is. In principe, het kan worden vergroot door simpelweg de grootte van het primaire verzamelelement te wijzigen, de grootte van de ontvangerelementen, de afstand tussen knooppunten, of door gewoon het totale aantal zonnecollectoren op het oppervlak te vergroten. Naarmate de tijd verstrijkt en er meer infrastructuur aan een regio wordt toegevoegd, het systeem kan worden geschaald om aan te passen.

Zoals bij alle voorstellen die zijn geselecteerd voor Fase I van het NIAC-programma 2021, Taylor's concept krijgt een NASA-subsidie ​​van maximaal $ 125, 000. Alle Fase I-fellows bevinden zich nu in een eerste haalbaarheidsstudieperiode van negen maanden, waar de ontwerpers verschillende aspecten van hun ontwerpen zullen evalueren en voorzienbare problemen zullen aanpakken die van invloed kunnen zijn op de operaties op de concepten zodra ze in het Zuidpool-Aitken-bekken werken.

Vooral, Taylor zal zich concentreren op hoe de optische lens kan worden verbeterd op basis van verschillende ontwerpen, materialen, en coatings die zouden resulteren in aanvaardbare niveaus van lichtverspreiding. Hij zal ook beoordelen hoe de lens zo kan worden ontworpen dat hij autonoom kan worden ingezet zodra hij het maanoppervlak bereikt. Mogelijke methoden voor autonome inzet zijn onderwerp van vervolgonderzoek.

Naar aanleiding van het ontwerp/haalbaarheidsonderzoek, een evaluatie van architecturale alternatieven voor Light Bender zal worden uitgevoerd in de context van een maanbasis die zich in de buurt van de zuidpool van de maan bevindt tijdens langdurige operaties aan het maanoppervlak. Het belangrijkste cijfer van verdienste zal de minimalisering van de gelande massa zijn. Er zullen vergelijkingen worden gemaakt met bekende energiedistributietechnologieën zoals kabels en laser power beaming.

Nadat deze haalbaarheidsstudies zijn afgerond, de Light Bender en andere Fase I-fellows kunnen Fase II-awards aanvragen. Zei Jenn Gustetic, de directeur van early-stage innovaties en partnerschappen binnen NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD):

"NIAC Fellows staan ​​erom bekend groot te dromen, technologieën voorstellen die aan science fiction lijken te grenzen en in tegenstelling zijn tot onderzoek dat wordt gefinancierd door andere programma's van bureaus. We verwachten niet dat ze allemaal tot wasdom zullen komen, maar we erkennen dat het verstrekken van een kleine hoeveelheid startkapitaal voor vroeg onderzoek NASA op de lange termijn enorm ten goede zou kunnen komen."