利用光束能量探索月球的陰影區域

在不到三年的時間裡，宇航員將自阿波羅時代以來首次重返月球。作爲阿耳emi彌斯計劃的一部分，其目的不僅是將載人飛行任務帶回月球表面，以探索和收集樣本。這次，還有一個目標是建立重要的基礎設施（例如“月球通道”和“大本營”），以實現“持續的月球探索”。

這項雄心勃勃的計劃的關鍵要求是提供電力，這在諸如南極-艾特肯盆地（SouthernPole-AitkenBasin）之類的地區是很難實現的。爲了解決這個問題，美國宇航局蘭利研究中心的一位名爲查爾斯·泰勒（CharlesTaylor）的研究人員提出了一種新穎的概念，即“輕型彎管機”。使用望遠鏡光學系統，該系統將捕獲並分配月球上的陽光。

輕型彎曲概念是爲2021年NASA創新先進概念（NIAC）計劃的第一階段選擇的16個提案之一，該計劃由NASA太空技術任務局（STMD）監督。與以前的NIAC提案一樣，被選中的那些提案代表了廣泛的創新思想，可以幫助推進NASA的太空探索目標。

月球南極附近永久陰影，淺冰冷的火山口的概念圖。

在這種情況下，“輕型彎管機”提案解決了將成爲Artemis任務的一部分的宇航員的需求，以及隨後的“人類月球長期存在”。泰勒（Taylor）概念的設計靈感來自定日鏡，該設備可調節以補償太陽在天空中的視在運動，從而使太陽光不斷向目標反射。

如果使用的是光彎機，則使用卡塞格林望遠鏡光學器件來捕獲，聚集和聚焦陽光，同時使用菲涅耳透鏡來對準光束，以將其分配給位於1公里（0.62英里）或更遠距離處的多個光源。然後，這些光被直徑爲2至4m（6.5至13ft）的光伏陣列接收，這些光伏陣列將陽光轉化爲電能。

除棲息地外，LightBender還能爲低溫冷卻裝置和流動站等流動資產提供動力。這種陣列還可以通過爲現場資源利用（ISRU）元件供電來爲重要基礎設施創造重要的作用，例如，車輛會收集用於3D打印機模塊的本地粉煤灰（將其用於3D打印機模塊）。建立表面結構）。如Taylor在其NIAC第一階段提案聲明中所述：

“這一概念優於諸如效率極低的激光功率束之類的替代方案，因爲它僅將光一次轉換爲電能，以及依賴於大量電纜的傳統配電架構。”LightBender的價值主張是，其質量比傳統技術解決方案（例如，激光功率束或基於高壓電力電纜的配電網絡）的質量降低約5倍。”

一個概念性裂變表面動力系統在月亮上的插圖。

但是，這種系統最大的吸引力也許是它可以將電力系統分配到月球表面永久陰影的月球隕石坑的方式，這在月球南極地區很常見。在未來幾年中，由於存在水冰和其他資源，包括NASA，ESA，Roscomos和中國國家航天局（CNSA）在內的多個航天局希望在該地區建立長期棲息地。

該系統提供的功率水平也可與Kilopower概念相提並論，該概念是一種擬議中的核裂變動力系統，旨在實現在月球和其他物體上的長時間停留。據報道，該系統將提供10千瓦的電容量（kWe）–相當於一千瓦的電容量。

泰勒寫道：“在最初的設計中，主反射鏡吸收了相當於48kWe的陽光。”“最終用戶的電功率取決於與主要採集點的距離，但是根據包絡線的分析表明，在1公里之內至少有9kWe的連續功率可用。”

最重要的是，Taylor強調說，系統可以產生的總功率是可擴展的。基本上，可以通過簡單地更改主要收集元素的大小，接收元素的大小，節點之間的距離或僅增加表面上陽光收集器的總數來增加它。隨着時間的流逝，更多的基礎架構被添加到一個區域中，可以對系統進行擴展以進行調整。

美國航空航天局的宇航員在月球南極的插圖。

與爲2021年NIAC計劃的第一階段選擇的所有提案一樣，泰勒的概念將獲得NASA最高125,000美元的資助。現在，所有第一階段研究人員都處於最初的9個月可行性研究階段，在此階段中，設計師將評估其設計的各個方面，並解決可預見的問題，這些問題一旦在南極-艾特肯盆地中運行，便會對概念產生影響。

特別是，Taylor將重點研究如何根據不同的設計，材料和塗層改進光學透鏡，以達到可接受的光傳播水平。他還將評估如何設計鏡頭，使其到達月球表面後可以自動展開。自主部署的可能方法將成爲後續研究的主題。

在設計/可行性研究之後，將在持續的月球表面操作期間，在月球南極附近的月球基地的背景下，對LightBender的建築替代方案進行評估。優異的主要表現是着陸質量的最小化。將與已知的配電技術進行比較，例如電纜和激光功率發射。

這些可行性研究完成後，LightBender和其他I期研究員將能夠申請II期獎項。美國宇航局太空技術任務局（STMD）的早期創新和合作夥伴關係主管JennGustetic說：

“NIAC研究員夢dream以求，提出了可能與科幻小說接壤的技術，與其他機構計劃資助的研究不同。我們並不期望它們全部實現，但要認識到，爲早期研究提供少量種子資金從長遠來看可以使NASA受益匪淺。”