בעוד פחות משלוש שנים, האסטרונאוטים יחזרו לירח בפעם הראשונה מאז עידן אפולו. כחלק מתוכנית ארטמיס, המטרה היא לא רק לשלוח משימות צוות בחזרה אל פני הירח כדי לחקור ולאסוף דגימות. הפעם, יש גם המטרה של הקמת תשתית חיונית (כמו שער ירח וכן א מחנה בסיס ) שיאפשר 'חקירת ירח מתמשכת'.
דרישה מרכזית לתוכנית שאפתנית זו היא אספקת חשמל, שעלולה להיות קשה באזורים כמו ה- הקוטב הדרומי-אגן אייטקן – אזור מכתש המוצל באופן קבוע. כדי להתמודד עם זה, חוקר ממרכז המחקר לנגלי של נאס'א בשם צ'רלס טיילור הציע מושג חדש המכונה ' בנדר קל .' באמצעות אופטיקה של טלסקופ, מערכת זו תלכוד ולהפיץ אור שמש על הירח.
קונספט Light Bender היה אחת מ-16 הצעות שנבחרו לשלב א' של 2021 מושגים מתקדמים חדשניים של נאס'א תוכנית (NIAC), אשר מפוקחת על ידי נאס'א מנהלת משימת טכנולוגיית החלל (STMD). כמו הגשות קודמות של NIAC, ההצעות שנבחרו מייצגות מגוון רחב של רעיונות חדשניים שיכולים לעזור לקדם את יעדי חקר החלל של נאס'א.
איור קונספטואלי של מכתשים קפואים מוצלים לצמיתות, ליד הקוטב הדרומי של הירח. קרדיטים: UCLA/NASA
במקרה זה, הצעת Light Bender נותנת מענה לצרכים של אסטרונאוטים שיהיו חלק ממשימות ארטמיס ו' נוכחות משטח ירח אנושית לטווח ארוך ' שיבוא לאחר מכן. העיצוב של הקונספט של טיילור נוצר בהשראת ההליוסטט, מכשיר שמתכוונן כדי לפצות על התנועה הנראית לעין של השמש בשמיים כך שהיא ממשיכה להחזיר את אור השמש לעבר מטרה.
במקרה של ה-Light Bender, אופטיקה של טלסקופ Cassegrain משמשת כדי ללכוד, לרכז ולמקד את אור השמש בעוד שעדשת Fresnel משמשת ליישור אלומות אור להפצה למקורות מרובים הממוקמים במרחקים של 1 ק'מ (0.62 מייל) או יותר. אור זה נקלט לאחר מכן על ידי מערכים פוטו-וולטאיים בקוטר של 2 עד 4 מ' (~6.5 עד 13 רגל) הממירים את אור השמש לחשמל.
בנוסף לבתי גידול, ה-Light Bender מסוגל לספק כוח ליחידות קירור קריו ולנכסים ניידים כמו רוברים. מערך מסוג זה יכול גם למלא תפקיד חשוב ביצירת תשתית חיונית על ידי אספקת כוח לרכיבי In-Situ Resource Utilization (ISRU), כגון כלי רכב שקוצרים רגוליט מקומי לשימוש במודולי מדפסת תלת מימד (שישתמשו בו כדי לבנות מבני שטח). כפי שתיאר טיילור בהצהרת הצעת ה- NIAC Phase I שלו:
'המושג הזה עדיף על חלופות כמו קרינת לייזר כוח לא יעילה ביותר, מכיוון שהוא ממיר אור לחשמל רק פעם אחת, ועל ארכיטקטורות חלוקת חשמל מסורתיות הנשענות על כבלים עתירי המונים. הצעת הערך של Light Bender היא הפחתת מסה של ~5x במסה לעומת פתרונות טכנולוגיים מסורתיים כמו לייזר Power Beaming או רשת הפצה המבוססת על כבלי מתח גבוה'.
איור של מערכת כוח משטח ביקוע מושגית על הירח. קרדיטים: נאס'א
אבל אולי המשיכה הגדולה ביותר למערכת כזו היא הדרך שבה היא יכולה להפיץ מערכות כוח למכתשים מוצלים לצמיתות של פני הירח, הנפוצים באזור הקוטב הדרומי של הירח. בשנים הקרובות, סוכנויות חלל מרובות - כולל נאס'א, ESA, רוסקומוס וסוכנות החלל הלאומית של סין (CNSA) - מקווים להקים באזור בתי גידול ארוכי טווח בגלל נוכחותם של קרח מים ומשאבים אחרים.
גם רמת הכוח שהמערכת מספקת דומה ל- קילופאואר קונספט, מערכת ביקוע גרעיני מוצעת שנועדה לאפשר שהות לאורך זמן על הירח וגופים אחרים. מערכת זו תספק לפי הדיווחים קיבולת כוח של 10 קילוואט חשמלי (kWe) - שווה ערך לאלף וואט של קיבולת חשמלית.
'בתכנון הראשוני, המראה הראשונית לוכדת את המקבילה של כמעט 48 קילוואט אור שמש', כותב טיילור. 'הספק החשמלי של משתמש הקצה תלוי במרחק מנקודת האיסוף הראשית, אך ניתוחי המעטפה מצביעים על כך שלפחות 9kWe של כוח רציף יהיה זמין בתוך קילומטר אחד.'
בנוסף לכל זה, טיילור מדגישה שכמות הכוח הכוללת שהמערכת יכולה לייצר היא ניתנת להרחבה. בעיקרון, ניתן להגדיל אותו על ידי שינוי פשוט של גודל אלמנט האיסוף הראשי, גודל רכיבי המקלט, המרחק בין צמתים, או פשוט על ידי הגדלת המספר הכולל של קולטי אור השמש על פני השטח. ככל שעובר הזמן ומתווספות עוד תשתית לאזור, ניתן להתאים את המערכת להתאמה.
איור של אסטרונאוטים של נאס'א על הקוטב הדרומי של הירח. קרדיט: נאס'א
כמו בכל ההצעות שנבחרו לשלב א' של תוכנית NIAC 2021, הרעיון של טיילור יקבל מענק של נאס'א בסכום של עד 125,000 דולר. כל עמיתי שלב I נמצאים כעת בתקופת מחקר היתכנות ראשונית של תשעה חודשים, שבה המעצבים יעריכו היבטים שונים של העיצובים שלהם ויטפלו בבעיות צפויות שעלולות להשפיע על הפעולות על המושגים ברגע שהם פועלים באגן הקוטב הדרומי-אייטקן.
בפרט, טיילור יתמקד כיצד ניתן לשפר את העדשה האופטית בהתבסס על עיצובים, חומרים וציפויים שונים שיביאו לרמות מקובלות של התפשטות אור. הוא גם יעריך כיצד ניתן לעצב את העדשה בצורה כזו שתוכל לפרוס באופן אוטונומי ברגע שהיא מגיעה לפני הירח. שיטות אפשריות לפריסה אוטונומית יהיו נושא למחקרים הבאים.
לאחר מחקר התכנון/היתכנות, תבוצע הערכה של חלופות אדריכליות עבור Light Bender בהקשר של בסיס ירח הממוקם ליד הקוטב הדרומי של הירח במהלך פעולות ממושכות של פני הירח. נתון הכשרון העיקרי יהיה מזעור המסה הנחתת. ייערכו השוואות לטכנולוגיות חלוקת חשמל מוכרות כגון כבלים וקרני כוח לייזר.
לאחר סיום מחקרי היתכנות אלה, ה-Light Bender ועמיתים אחרים של שלב I יוכלו להגיש בקשה לפרסי שלב II. אמרה ג'ן גוסטטיק, מנהלת חידושים ושותפויות בשלבים מוקדמים בתוך מנהלת משימת טכנולוגיית החלל של נאס'א (STMD):
'ידוע שעמיתי NIAC חולמים בגדול, ומציעים טכנולוגיות שעשויות להיראות כגבול עם מדע בדיוני, ושלא כמו מחקר שממומן על ידי תוכניות אחרות של סוכנויות. אנחנו לא מצפים שכולם יתממשו, אבל מכירים בכך שמתן כמות קטנה של מימון ראשוני למחקר מוקדם יכול להועיל מאוד לנאס'א בטווח הארוך.'