Investigadores de los Laboratorios Nacionales Sandia de EE. UU. están trabajando con colegas de la NASA para desarrollar una microrred confiable y resistente para la Luna.
El plan de la NASA para su concepto de base lunar Artemisa es que sirva como campo de pruebas tecnológicas para la eventual exploración humana de Marte. El concepto del campamento base consiste en una unidad habitacional, completa con espacio para hasta cuatro astronautas, así como el potencial para la minería y el procesamiento de combustible por separado, llamadas instalaciones de utilización de recursos in situ. Las primeras misiones de Artemis incluirán estadías cortas en el campamento base con el objetivo de acumular estadías de dos meses a la vez.
Según el investigador de Sandia, Jack Flicker, las instalaciones de minería y procesamiento podrían producir combustible para cohetes, agua, oxígeno y otros materiales necesarios para una exploración prolongada de la superficie lunar al tiempo que disminuyen las necesidades de suministro de la Tierra. Esta instalación se ubicará lejos del campamento base, por lo que no se interrumpirán otras actividades científicas y tecnológicas que se realicen allí, pero la red eléctrica para las dos unidades se conectará durante las emergencias para mayor resistencia y solidez.
Un grupo de Sandia está diseñando un controlador de sistema eléctrico para la microrred del centro de minería y procesamiento. La NASA está diseñando el controlador del sistema eléctrico para la unidad habitacional, ya que el sistema será muy similar al sistema eléctrico de corriente continua de la Estación Espacial Internacional.
Flicker y su parte del equipo, por otro lado, están desarrollando el sistema que conectará las dos microrredes y están estudiando el flujo de energía y el funcionamiento entre las dos microrredes.
“Hay algunas diferencias muy importantes entre algo como una microrred tipo ISS y algo que tiene la extensión de una base lunar”, dijo Flicker.
“Una de esas diferencias es el tamaño geográfico, que puede ser problemático, especialmente cuando se ejecuta con voltajes de CC bajos. Otra es que cuando comience a extender estos sistemas, habrá mucha más electrónica de potencia, así como muchos más recursos de energía distribuidos que existirán en toda la base”.
centro de extracción y procesamiento
El equipo que diseñó el software para regular la electricidad del centro de extracción y procesamiento dijo que el sistema puede mantener un nivel de voltaje uniforme en la red, a pesar de las situaciones externas cambiantes.
En un comunicado de prensa, el investigador Lee Rashkin dijo que el controlador debe poder mantener un nivel de voltaje uniforme en varias escalas de tiempo diferentes, desde menos de una milésima de segundo hasta estaciones. En el nivel más alto del software de control, en la escala de minutos a temporadas, las personas pueden controlar qué paneles solares generan energía y qué dispositivos que usan energía están encendidos.
Sin embargo, en el nivel más bajo, en menos de una milésima de segundo, el controlador necesita operar rápida y automáticamente para mantener las salidas en los niveles requeridos.
“Nuestro objetivo es crear un sistema de administración de energía de energía lunar que pueda mantener de manera eficiente un sistema de nivel en todas esas escalas de tiempo”, dijo el investigador Dave Wilson.
“Tenemos una instalación de microrred escalable segura especializada y una metodología de diseño de sistema de control que analiza esto. La instalación también cuenta con emuladores de almacenamiento de energía especializados que pueden ayudarnos a determinar las especificaciones de la cantidad de almacenamiento de energía que necesita la base y sus requisitos”.
Conexión de dos microrredes
El segundo enfoque principal de los investigadores de Sandia es desarrollar el sistema que conectará las microrredes de las instalaciones mineras y las unidades habitacionales para lograr resiliencia y solidez. Hay dos formas principales de obtener resiliencia en una microrred. Una es tener la capacidad de enrutar energía de manera flexible donde se necesita. La otra es sobredimensionar todo para garantizar que haya suficiente energía incluso si fallan varios instrumentos.
“Por lo general, tenemos una combinación de esos dos, donde está sobredimensionado hasta cierto punto, pero también puede enrutar la energía de manera flexible como lo necesita dentro de una microrred o entre microrredes independientes pero cooperativas como estamos explorando para la luna, —dijo Flicker—. “En un evento de contingencia, como la falla de un sistema de almacenamiento de energía durante un eclipse, queremos poder transferir la energía de la instalación minera al campamento base para mantener seguros a los astronautas”.
Flicker es parte del equipo que también está explorando cómo podría funcionar la conexión entre las dos microrredes. Están estudiando el impacto que tiene la distancia entre la instalación minera y la unidad habitacional en la eficiencia y la estabilidad de la transferencia, ya sea que estén a cinco millas de distancia o a 20.
El equipo también está determinando el voltaje óptimo al que debe operar la conexión, y si tiene sentido que la conexión permanezca en CC o si la NASA debe convertir a CA para hacer el viaje y luego volver a CC una vez que llegue a la unidad de vivienda.
