La energía solar puede alimentar nuestras exploraciones espaciales, pero solo si el equipo no se rompe, congela o explota.
Los científicos han probado durante mucho tiempo la energía solar en el espacio, pero es posible que pronto llegue a la luna, en forma de rovers equipados con paneles solares. En misiones lunares no tripuladas, estos pequeños vehículos robóticos pondrán a prueba los límites de cómo los humanos impulsan sus exploraciones, navegan por la superficie de la luna y crean posibles hábitats humanos lejos de casa.
El equipo detrás de ellos incluye a Mike Provenzano, director de movilidad planetaria de Astrobotic, con sede en Pittsburgh. Según un contrato de la NASA, la compañía de robótica ha programado misiones no tripuladas a la luna con el rover a cuestas para el próximo año. La primera misión, Peregrine 1, está programada para finales de 2021.
Estos viajes representarán un hito espacial significativo: marcarán la primera visita de Estados Unidos a la luna en 50 años.
Un rover ligero pero poderoso
El CubeRover, el más pequeño de los vehículos de Astrobotic, es similar en tamaño a un horno de microondas y pesa hasta 5 libras , e incluirá un panel solar montado en su parte superior. Su flota también incluye el MoonRanger, un poco más grande, que pesa alrededor de 24 libras.
Una vez que el rover llegue a la luna, el equipo espera que se aventure desde el equipo de aterrizaje en busca de hielo de agua cerca del polo sur de la luna, dice Provenzano. En los últimos años, los científicos han encontrado formas de agua en la superficie de la luna.
Provenzano explica que CubeRover se basa en el satélite en miniatura escalable CubeSAT que se desarrolló en 1999 (e inspirado en el empaque de los bebés gorritos ).
Desde entonces, el CubeSAT ha servido como un bloque de construcción estandarizado para satélites más grandes hechos de múltiples módulos cúbicos. Debido a su tamaño y forma, el CubeRover puede transportar cargas útiles del mismo tamaño que los CubeSAT, explica, por lo que los socios espaciales pueden planificar cargas más grandes basándose en la unidad familiar CubeSAT. Los diseñadores del CubeRover esperan así establecer un estándar para la «economía lunar» y la entrega de carga interplanetaria. ( Vea un video de la NASA probando la movilidad CubeRover).
De manera más ambiciosa, Astrobotic quiere que el CubeRover “democratice el acceso a la luna, facilitando que los grupos comerciales y académicos se involucren en estas misiones científicas” y diseñen sus propios experimentos para la superficie de la luna, dice Provenzano. Los socios a bordo del Peregrine 1 provendrán de seis países e incluyen a DHL y la agencia espacial de México, Agencia Espacial Mexicana.
Chuck Taylor, gerente de programa de tecnología de paneles solares verticales (VSAT) en el Centro de Investigación Langley de la NASA, comenzó a realizar investigaciones sobre energía solar fuera del planeta hace unos siete años. Fue una casualidad, dice. Después de trabajar con la Marina en ingeniería de sistemas, se unió al programa de energía espacial de la NASA. Con experiencia en sistemas autónomos, el centro Langley lidera el esfuerzo de energía solar de la NASA, asociándose con expertos en células solares en el Centro de Investigación Glenn de la NASA.
Para las misiones polares, Taylor ha considerado colocar grandes paneles solares bastante alto en los mástiles para obtener energía solar. Eso implicaría paneles solares alineados verticalmente, a diferencia de los comunes en la Tierra.
La premisa básica es que si estás en el Polo Sur, el ángulo del rayo de sol es muy bajo en el horizonte, explica Taylor. Los acantilados y otras características del terreno, o un módulo de aterrizaje cercano, podrían proyectar sombras en paneles horizontales bajos.
Una vez que los paneles solares capturan energía, se puede almacenar en baterías o transferir a vehículos eléctricos. Esta transferencia se produce a través de cables («probado y verdadero», dice Taylor) o métodos más nuevos que incluyen la transmisión de energía con láseres.
Obstáculos solares
Será difícil convertir en realidad la visión de los rovers impulsados por el sol que corren por la superficie lunar (como en Ad Astra ). Los principales obstáculos, dice Provenzano, incluyen las temperaturas extremas de la luna, la radiación en su superficie y el polvo lunar.
Pero primero, el equipo debe sobrevivir al lanzamiento. Los paneles solares son delicados y deben resistir el desmoronamiento cuando el cohete sale de la Tierra y más tarde cuando el módulo de aterrizaje desciende a su destino. Cedric Corpa de la Fuente, ingeniero de aviónica del equipo de movilidad planetaria de Astrobotic, se está preparando para probar un «modelo estructural», una réplica de los paneles solares, en condiciones de vibración de lanzamiento en el laboratorio para verificar que los paneles del rover puedan resistir.
La noche lunar presenta quizás el mayor obstáculo tanto para los rovers como para los paneles. El lado oscuro de la luna es brutal: Un día lunar dura 14 días de la Tierra, y durante las temperaturas nocturnas lunares caen durante dos semanas, se hunde al menos 280 grados Fahrenheit. Para que un rover sobreviva a un frío tan intenso, necesita almacenar suficiente energía para un uso continuo durante este largo y oscuro período. El vehículo también necesitará suficiente energía para hacer funcionar los calentadores que ayudan al equipo a soportar el congelamiento. Y durante el largo día lunar, los paneles deben soportar temperaturas más altas que las que se encuentran en cualquier lugar de la Tierra.
Luego está el polvo. Cuando la arena lunar, o regolito, mancha los paneles solares, puede reducir la energía que almacenan y hacer que se sobrecalienten. El regolito consta de aproximadamente un 50 por ciento de dióxido de silicio y es muy abrasivo. Provenzano señala que puede causar estragos en las juntas y sellos del rover, y puede causar chispas dentro del equipo.
A medida que las restricciones pandémicas disminuyeron esta primavera, las pruebas en Astrobotic se reanudaron para simular la navegación del rover en condiciones de polvo y luz lunar tan duras. Los equipos monitorean cómo el polvo afecta el movimiento del rover y su panel solar, y cómo el regolito pega los paneles.
La navegación presenta otro acertijo, ya que los rovers no pueden confiar en Google Maps o GPS como lo hacemos durante los viajes por carretera por la Tierra. Durante el aterrizaje, las cámaras del módulo de aterrizaje tomarán una serie de fotos para crear un mapa de alta resolución del área que rodea el sitio donde aterriza. Cuando se despliegue, el rover tomará sus propias fotos para ayudar a encontrar el camino. Luego, el software que utiliza visión estéreo y odometría visual (el proceso de determinar la posición y la orientación mediante el análisis de las imágenes de la cámara) creará mapas locales que se correlacionan con los de alta resolución del módulo de aterrizaje.
Esta técnica de navegación es algo similar a la de los antiguos polinesios, quienes compararon los movimientos de las corrientes oceánicas y las estrellas. El equipo también rastreará la posición del sol, agrega Corpa de la Fuente, y proyectarán patrones láser en la superficie para construir mapas de superficie en 3D.
Una vez que llega a la luna, el rover necesita suficiente energía para aventurarse desde el módulo de aterrizaje. Es por eso que Astrobotic está desarrollando una estación de acoplamiento sin contacto con WiBotic, una empresa que se especializa en carga inalámbrica industrial y submarina. Con el software de acoplamiento inteligente, un rover puede ubicar un centro de carga por sí solo y, una vez dentro del alcance, comenzar a recargar.
El rover más pequeño debería poder recargarse en tan solo 90 minutos, gracias a un sistema de carga de 125 vatios y un paquete de baterías de tamaño similar al de un taladro recargable. Los rovers podrían recargarse formando una matriz, un concepto que se conoce como “ tecnología de enjambre ” . «
También pueden venir con accesorios: la compañía británica Spacebit ha desarrollado robots mini-rover para que quepan dentro de un CubeSat. Su rover Asagumo es un robot de cuatro patas que pesa alrededor de 2 libras; planean lanzar una demostración en Peregrine 1 (ver video ).
Con todo, hay mucho que ocupar en el equipo de la misión. “Hay tantas formas en que una nave espacial puede morir”, murmura Provenzano. Pero el potencial del rover es emocionante. “Si encuentra hielo de agua, será el primer rover en descubrirlo en otro cuerpo planetario. Así que estamos muy emocionados «.
Las pruebas de conducción lunares no tripuladas también pueden contener lecciones para aventuras en otras partes del sistema solar, incluida la Tierra. Por ejemplo, los cargadores inalámbricos adaptados para la luna pueden ser útiles en “entornos de radiación difíciles” como las plantas nucleares, dice Provenzano, donde pueden alimentar sensores para monitorear la temperatura y la presión de manera más eficiente que los métodos con cables convencionales.
