Để vận hành căn cứ Mặt trăng của NASA, phòng thí nghiệm quốc gia Sandia đang phát triển một lưới điện siêu nhỏ để phân bố điện từ lò phản ứng hạt nhân.
Căn cứ Mặt trăng trong tương lai. (Ảnh: Sandia)
Tham vọng thiết lập căn cứ vĩnh cửu trên Mặt trăng của NASA là nỗ lực diễn tập cho nhiệm vụ chở người tới sao Hỏa, đặt ra thách thức khổng lồ về mặt kỹ thuật. Căn cứ Mặt trăng không chở ở xa Trái đất hơn 1.000 lần so với Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) mà còn đòi hỏi phương pháp giải quyết vấn đề hoàn toàn mới.
Một trong những thách thức lớn nhất là cung cấp điện cho căn cứ. Do cần đón phi hành gia tới ở trong hai tháng mỗi lần, căn cứ sẽ cần hoạt động trong suốt đêm Mặt trăng kéo dài 14 ngày. Điều đó có nghĩa pin mặt trời không phải giải pháp thực tế, vì vậy hàng loạt lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ đang được phát triển để sử dụng kết hợp với tấm pin mặt trời. Tuy nhiên, căn cứ cần lưới điện siêu nhỏ để truyền tải điện, đảm bảo nguồn cung cấp thường xuyên và ổn định. Độ phức tạp càng tăng thêm khi căn cứ bao gồm hai cơ sở. Một là nơi sinh sống và cơ sở thứ hai là tổ hợp để khai thác mỏ và xử lý nhiên liệu ở cách đó vài kilomet.
Theo đề xuất, lưới điện siêu nhỏ ở mỗi cơ sở sẽ kết nối với nhau, tương tự lưới điện trên trạm ISS, nhưng đòi hỏi một số điều chỉnh cơ bản. Ví dụ, các nhà nghiên cứu của Sandia cần xác định lưới điện hoạt động với dòng điện một chiều hay sử dụng dòng điện xoay chiều và biến đổi thành dòng điện một chiều ở nơi sinh sống.
Một vấn đề khác bao gồm phát triển hệ thống và phần mềm để điều phối điện ở nhà máy xử lý để điện thế duy trì ổn định ngay cả khi nhu cầu thay đổi trong khoảng thời gian từ vài mili giây tới cả mùa. Để thực hiện điều này, Sandia đã phát triển cơ sở Scalable Microgrid và phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển để nghiên cứu nhu cầu năng lượng của căn cứ Mặt trăng và thông số kỹ thuật. Ý tưởng của họ là phát triển hệ thống điều khiển trước tiên cùng với thông số kỹ thuật về lưu trữ điện, sau đó đến các bộ phận nhằm đáp ứng thông số.
"Có một số khác biệt rất quan trọng giữ lưới điện siêu nhỏ ở ISS và căn cứ Mặt trăng", Jack Flicker, kỹ sư điện của Sandia, chia sẻ. "Một trong số những khác biệt đó là kích thước địa lý, vấn đề đặc biệt khi vận hành ở điện thế thấp của dòng điện một chiều. Một vấn đề khác là khi bắt đầu mở rộng hệ thống, sẽ có nhiều thiết bị điện và nguồn phân phối điện trong căn cứ. Sandia đang xem xét lưới điện siêu nhỏ với nhiều nguồn phân phối trong thời gian dài".