Una luz láser que brillaba en la oscuridad podría impulsar la exploración robótica de los lugares más tentadores de nuestro Sistema Solar: los cráteres permanentemente sombreados alrededor de los polos de la Luna, que se cree que son ricos en hielo de agua y otros materiales valiosos.
El programa Discovery & Preparation de la ESA ha financiado el diseño de un sistema láser para mantener a un rover abastecido de energía a una distancia de hasta 15 kilómetros mientras explora algunos de estos cráteres oscuros.
Una luz láser que brilla en la oscuridad podría impulsar la exploración robótica de los lugares más tentadores de nuestro Sistema Solar: los cráteres permanentemente sombreados alrededor de los polos de la Luna, que se cree que son ricos en hielo de agua y otros materiales valiosos.
En las latitudes lunares más altas, el Sol permanece bajo en el horizonte durante todo el año, proyectando largas sombras que mantienen los cráteres hundidos en sombras permanentes, potencialmente en una escala de tiempo de miles de millones de años. Los datos del Orbitador de Reconocimiento Lunar de la Nasa, Chandrayaan-1 de la India y los orbitadores SMART-1 de la ESA muestran que estas ‘regiones permanentemente sombreadas’ son ricas en hidrógeno, lo que sugiere que se puede encontrar hielo de agua allí.
Además de tener interés científico, este hielo sería valioso para los colonos lunares, como fuente de agua potable, oxígeno para respirar, y como fuente de combustible para cohetes de hidrógeno. Pero saber con certeza requiere entrar en estos cráteres oscuros y perforar.
Cualquier vehículo explorador que busque por las regiones sombreadas tendría que prescindir de la energía solar, mientras se enfrenta a temperaturas comparables a la superficie de Plutón, hasta –240 °C, solo 30 grados por encima del cero absoluto.
«La sugerencia estándar para tal situación es equipar el rover con generadores termoeléctricos de radioisótopos nucleares», comenta el ingeniero de robótica de la ESA, Michel Van Winnendael. “Pero esto presenta problemas de complejidad, costo y gestión térmica: el vehículo móvil podría calentarse tanto que la prospección y el análisis de muestras de hielo en realidad no son prácticos.
«Como alternativa, este estudio examinó el aprovechamiento de un sistema de energía basado en láser, inspirado en experimentos con láser terrestre para mantener los drones alimentados y volando durante horas y horas».
El contrato PHILIP de 10 meses, ‘Powering rovers by High Intensity Laser Induction on Planets’, se realizó para ESA por la compañía italiana Leonardo y el Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo de Optoelectrónica de Rumania, con un diseño completo de misión de exploración impulsada por láser.
Esto incluyó seleccionar una ubicación para el módulo de aterrizaje de la misión, en una región iluminada casi permanentemente por el sol entre los cráteres de Gerlache y Shackleton del Polo Sur. Este módulo de aterrizaje albergaría un láser infrarrojo de 500 vatios alimentado por energía solar, que mantendría entrenado en un rover de 250 kg al ingresar a las regiones sombreadas.
El rover convertiría esta luz láser en energía eléctrica utilizando una versión modificada de un panel solar estándar, con fotodiodos a los lados del panel manteniéndolo bloqueado en el láser con una precisión de escala de centímetros.
El estudio identificó rutas que llevarían al rover hacia abajo a una pendiente relativamente suave de 10 grados mientras lo mantenían en la línea de visión directa del módulo de aterrizaje. El rayo láser podría usarse como un enlace de comunicación bidireccional, con un retroreflector modulador montado en el segundo panel solar del móvil, enviando pulsos de señal en la luz reflejada de regreso al módulo de aterrizaje.
Guiando los requisitos del proyecto, la ESA ha realizado previamente pruebas de campo por la noche en Tenerife como una luna para simular operaciones de rover en sombra permanente.
Michel Van Winnendael agrega: “Con el proyecto PHILIP completado, estamos un paso más cerca de alimentar rovers con láser para explorar las partes oscuras de la Luna. Estamos en la etapa en la que podrían comenzar los prototipos y las pruebas, emprendidos por los programas de seguimiento de la tecnología ESA».
