Quando a NASA planeja devolver humanos à lua sob o programa Artemis, ela o fará com o objetivo de habitar muito mais do que as curtas viagens das missões Apollo. O Artemis Base Camp, um posto avançado destinado ao pólo sul lunar, será projetado para sustentar a habitação humana na lua e funcionará como uma plataforma de lançamento metafórica (e talvez literal) para destinos cósmicos mais distantes, como Marte. Para alimentar essa base e gerenciar o fluxo de energia entre a habitação humana e outras necessidades, a NASA está em parceria com o Sandia National Laboratories em Albuquerque para projetar uma microrrede lunar resiliente.
Para entender o que a microrrede exigirá na Lua, Sandia está desenvolvendo uma simulação que pode modelar uma variedade de cenários. Mas, para manter as restrições de uma missão lunar, a grade lunar modelada está focada no gerenciamento de energia coletada de painéis solares, armazenada em baterias e colocada em uso em todo o posto avançado. Na simulação, “temos a capacidade de controlar quanto consumo de energia existe, quanta geração existe”, disse Rachid Darbali-Zamora, engenheiro elétrico do Sandia Labs. A informação é do portal Daily Beast.
Embora as microrredes terrestres possam consumir uma variedade de fontes de energia, renováveis ou não, trabalhar apenas com energia solar para as redes lunares planejadas permite que o foco esteja no gerenciamento da eletricidade gerada de uma maneira e na construção até os limites da energia disponível.
No ambiente simulado, a NASA poderá desafiar a rede ao ver como ela lida com mudanças abruptas, como a perda repentina de metade de seus painéis solares, para ver se o restante da energia e armazenamento pode lidar com a carga perdida, preservando o essencial. funções. Nada disso será mais vital do que manter os astronautas vivos.
“O que estamos propondo não é apenas uma microrrede, mas três microrredes, e cada uma delas tem uma funcionalidade específica”, disse Darbali-Zamora. Uma é para o próprio habitat lunar. Outro será para alimentar as operações de mineração lunar. E a última é a produção de recursos como combustível, água ou oxigênio após a extração de material local.
Toda a rede está configurada para operar toda a energia como corrente contínua, de modo que perca a menor quantidade de energia na transição, e o uso total de energia previsto será da ordem de dezenas de quilowatts. O uso diário estimado de eletricidade para uma casa nos EUA é de pouco menos de 30 quilowatts-hora. Por padrão, essas microrredes gerenciarão suas próprias necessidades de energia e sustentarão a operação dentro da rede. Mas por meio de sua interconexão, as microrredes podem confiar umas nas outras e transferir energia se algo der errado.
“E digamos que o controlador perceba que precisamos de mais energia para o habitat lunar”, disse Darbali-Zamora. “Ele pode extrair energia da mineração ou da produção e dar prioridade ao fornecimento de energia ao habitat lunar.”
Priorizar a habitação contínua de humanos é um objetivo óbvio e importante, mas também revela até que ponto essa base lunar não serve apenas para provar que as pessoas podem ser sustentadas na lua. Trata-se de tratar a lua como um recurso a explorar, com a maquinaria de produção celeste gerida pelos humanos.
O que é meu é meu
Em seu lançamento de 11 de maio na grade lunar, o Sandia Labs afirmou que as instalações de mineração e processamento previstas nesta base lunar poderiam produzir “combustível de foguete, água, oxigênio e outros materiais necessários para a exploração estendida da superfície lunar, diminuindo as necessidades de suprimento da Terra. .”
Muitos estão especialmente empolgados com a extração das reservas de gelo de água da lua, que podem ser uma fonte de água limpa para os habitantes lunares, ou divididas em oxigênio e hidrogênio com vários usos diferentes, incluindo propelente para espaçonaves. Acredita-se que o pólo sul da lua seja uma espécie de mina de ouro para gelo de água que pode ser facilmente extraído.
A mineração de água para convertê-la em combustível de foguete faz parte dos objetivos do programa Artemis, mesmo que o processo ainda enfrente obstáculos tecnológicos e provavelmente leve anos para ser refinado (embora as patentes estejam pendentes para novos métodos de extração de gelo lunar). E, ao contrário da água extraída e mantida em recirculação em um habitat humano, a água transformada em combustível na lua não tem ciclo da água, artificial ou não, para ligá-la.
Independentemente da forma como esta operação mineira se concretiza, o plano inicial é que ocorra em ligação com um habitat humano concebido para apenas quatro pessoas. Embora os mineradores lunares sejam um grampo da ficção, o resultado mais provável de Artemis é que os humanos supervisionem os processos automatizados executados por máquinas.
Na Terra, um dos maiores e mais automatizados processos de mineração pode ser encontrado na mina da mineradora sueca LKAB em Kiruna. A empresa planeja executá-lo inteiramente com energia renovável e sustentável até 2045, com toda a gama de renováveis disponíveis além da energia solar. Mas, como observa o relatório de 2020 da empresa, “[um] terço da eletricidade produzida na Suécia hoje será necessária” se for escalada para a produção livre de carbono do ferro que extrai.
Essa é uma tremenda carga de energia e um lembrete de que, embora a necessidade de humanos possa ser removida das minas, a entrada de energia não pode. E os equipamentos de mineração, uma vez em movimento, precisam ser reduzidos em vez de serem desligados abruptamente para garantir um funcionamento seguro contínuo. Isso complica a tarefa de gerenciamento de energia da microrrede, pois priorizar a habitação contínua de humanos pode entrar em conflito com a mitigação de danos a equipamentos produtivos caros.
No contexto planejado da base lunar independente, com suas redes de mineração, habitação e produção, essas trocas de energia podem ser tratadas internamente. Mas sem a atmosfera densa e a poderosa gravidade da terra, a mineração também pode correr o risco de lançar detritos e arremessar rochas ou poeira em velocidades inseguras na área circundante.
Para proteger outras bases lunares ou operações de detritos tão perigosos, os Acordos de Artemis de 2020 permitem que as nações estabeleçam e coordenem “zonas de segurança” em torno de suas operações, que, de acordo com as estimativas da NASA para viagens de detritos, estão fixadas a dois quilômetros da borda da operação.
“Você não pode reivindicar território soberano na Lua se for um estado-nação, de acordo com o Tratado do Espaço Exterior”, disse Fred Scharmen, autor de Space Forces, ao The Daily Beast. Mas enquanto o tratado do Espaço Exterior da ONU de 1967 limita os parâmetros sobre os quais os estados podem reivindicar controle territorial, as zonas de segurança dos Acordos de Artemis, de autoria dos EUA, podem fornecer uma maneira alternativa de exercer controle sobre o território lunar.
“Ele efetivamente diz: ‘ninguém mais pode realizar operações dentro de dois quilômetros’”, disse Scharmen, explicando o que isso pode significar para um local localizado no pólo sul da lua. Se os EUA estabelecerem operações em torno de um local particularmente rico em recursos, como o pólo sul da lua, podem argumentar efetivamente que as preocupações de segurança excluem quaisquer outros países de operar nas proximidades e extrair esses mesmos recursos.
Em 2020, a NASA divulgou uma visão geral que detalhava os planos iniciais para uma base de Artemis no pólo sul lunar, incluindo um pequeno diagrama sobrepondo o Washington, DC Capital Beltway sobre a cratera Shackleton do pólo sul. Três bases, cada uma apoiada por uma microrrede e com linhas de trânsito para condução de energia entre elas, não seria o mesmo que engolir a cratera no Beltway, mas colocaria uma grande faixa de superfície lunar dentro de uma zona de segurança determinada pela NASA.
Campos de teste
A extrageopolítica do controle lunar e extração de recursos (para não falar do espaço cultural contestado em torno de quem, se alguém conseguir alterar permanentemente a face da lua) está além do escopo de um desenvolvimento planejado da grade lunar, embora não sejam desvinculados.
O que está mais próximo da praticidade é a maneira como a Sandia vê sua pesquisa de microrredes ajudando a construir resiliência de energia não apenas na Lua, mas na Terra.
“Digamos que você tenha uma microrrede conectada à rede em massa, a concessionária maior e uma passagem de furacão ou um terremoto, e a rede de massa não seja mais capaz de suportar o sistema”, disse Darbali-Zamora. “Então, uma microrrede pode se desconectar da rede em massa, tornar-se um sistema isolado ou uma microrrede e fornecer sua própria geração local pelo período de tempo para o qual foi projetada.”
Darbali-Zamora apontou exemplos em Porto Rico e também no Alasca, onde o fluxo de energia, gerenciamento e racionamento de microrredes combinados com fontes renováveis para oferecer durabilidade e resiliência quando os sistemas existentes desmoronarem.
Aqui está a mochila da NASA que manterá os astronautas vivos na Lua
A pesquisa de microrredes do Sandia Labs vai além de apenas seu trabalho para a base Artemis. Mas também se enquadra na tradição mais ampla de contrabando de desenvolvimento de tecnologia terrestre sob a missão mais chamativa de projetar vida além da Terra. Como Eleanor S. Armstrong, pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Estocolmo que estuda os estudos sociais do espaço sideral, disse ao The Daily Beast, não é preciso procurar mais evidências do que experimentos de isolamento onde as pessoas vivem em módulos remotos por vários meses e fingem que estão vivendo em Marte ou a lua. Alguns exemplos famosos incluem locais no ártico canadense ou a cratera Ramon no deserto de Negev.
O objetivo de usar um analógico não é apenas simular um desafio em um ambiente muito mais hospitaleiro do que o vazio do espaço, mas também desenvolver uma tecnologia que seria necessária no ambiente difícil e isolado de operar remotamente.
Esses análogos, disse Armstrong, são usados “para desenvolver coisas que são ostensivamente para ir a Marte, como medicina à distância ou sistemas de purificação de água. Mas o que eles estão realmente resolvendo nesses casos são os problemas que as pessoas dessas comunidades locais vivenciam.”
A medicina remota e a purificação da água, como o gerenciamento de energia renovável e a resiliência da rede, dificilmente são problemas que serão enfrentados apenas pelos astronautas. Manter essa perspectiva terrestre em mente, mesmo durante o desenvolvimento para as possíveis indústrias extrativas espaciais do futuro próximo, permite que a pesquisa de microrredes seja fundamentada na necessidade humana real.
“Sou de Porto Rico, vim trabalhar na Sandia por causa de projetos como este”, disse Darbali-Zamora. “E espero que as lições aprendidas com este projeto sejam lições que eu possa levar de volta para minha casa.
