NASA makin serius menyiapkan sumber daya listrik untuk habitat manusia di Bulan, terutama untuk menghadapi malam lunar yang berlangsung sekitar dua minggu tanpa sinar Matahari. Badan antariksa itu baru saja menuntaskan uji darat sistem fuel cell hidrogen-oksigen regeneratif yang dirancang untuk tetap memasok daya saat panel surya tidak bisa bekerja.
Pengujian dilakukan di Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, sebagai bagian dari pencarian penyimpanan energi yang lebih andal untuk operasi permukaan Bulan. Bagi misi jangka panjang, kemampuan menyimpan lalu mengembalikan energi berulang kali dinilai lebih penting daripada sekadar menghasilkan listrik saat siang lunar.
Sistem dua arah untuk siang dan malam
Teknologi ini bekerja dalam dua arah. Saat Matahari bersinar, kelebihan listrik dari array surya dipakai untuk menggerakkan elektroliser yang memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.
Kedua gas itu kemudian disimpan untuk dipakai kembali ketika malam datang. Pada fase itu, fuel cell menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk menghasilkan listrik, lalu air yang terbentuk dapat digunakan lagi dalam siklus elektrolisis berikutnya.
NASA menyebut unit uji itu berbentuk silinder dan tampak seperti tumpukan kaleng soda logam yang dipipihkan. Di dalamnya terdapat hampir 270 sensor dan sekitar 1.000 komponen internal untuk memantau serta mengatur reaksi elektrokimia selama pengujian.
Daya untuk habitat dan peralatan misi
Unit yang diuji memiliki rating sekitar 25 kilowatt. Di Bumi, kapasitas itu setara dengan daya untuk sekitar 15 hingga 20 rumah tangga rata-rata di Amerika Serikat secara bersamaan.
Di Bulan, daya tersebut ditujukan untuk mendukung sistem pendukung kehidupan habitat, instrumen sains, dan peralatan pemanfaatan sumber daya di lokasi. Kebutuhan itu muncul selama malam lunar yang berlangsung sekitar 354 jam.
NASA menempatkan teknologi ini dalam proyek Fission Surface Power, yang menilai beberapa opsi penyimpanan energi untuk operasi permukaan Bulan yang berkelanjutan. Fuel cell dipertimbangkan sebagai kandidat pendamping, atau cadangan, bagi reaktor fisi kecil dalam arsitektur misi berdurasi panjang.
Medan Bulan jauh lebih keras
Lingkungan Bulan memberi tantangan teknis besar. Suhu permukaan bisa melonjak sekitar 260°F atau 127°C saat terkena Matahari, lalu turun ke -280°F atau -173°C pada malam hari.
Perubahan ekstrem itu memberi tekanan besar pada seal, membran, dan saluran fluida. Dalam vakum hampir total, kebocoran hidrogen atau oksigen juga langsung mengurangi energi tersimpan karena gas tidak akan hilang begitu saja.
Jenis yang paling mungkin dipakai adalah proton exchange membrane atau PEM fuel cell. Teknologi ini menggunakan membran elektrolit polimer yang menghantarkan proton, tetapi menahan elektron agar arus mengalir melalui rangkaian luar dan menghasilkan kerja listrik.
Salah satu fokus utama pengujian adalah menjaga hidrasi membran di lingkungan vakum. Perilaku pengelolaan air di kondisi seperti itu berbeda dari di permukaan laut, sehingga menjadi perhatian penting dalam kampanye uji Glenn.
Relevan untuk program Artemis
Energi menjadi salah satu kendala operasional utama bagi kehadiran manusia jangka panjang di sekitar kutub selatan Bulan. Wilayah ini menjadi target program Artemis, tetapi menerima cahaya Matahari yang lebih rendah dan lebih miring, sementara bayangan kawah membuat sebagian lokasi hanya mendapat sinar selama sebagian kecil hari lunar.
Kawasan itu juga berada di atas South Pole–Aitken Basin, struktur tumbukan terbesar dan terdalam di Bulan. Kondisi geologis tersebut menambah kompleksitas dalam memilih lokasi yang cocok untuk operasi jangka panjang.
NASA menilai sistem penyimpanan energi yang bisa bertahan selama berhari-hari secara elektrokimia dapat memperluas otonomi misi. Pendekatan ini juga berpotensi mengurangi beban massa dibanding membawa baterai primer berukuran besar untuk menutup periode tanpa Matahari selama dua minggu.
Hingga kini, NASA belum mengumumkan jadwal peluncuran untuk unit fuel cell yang siap terbang. Fokus pengujian masih pada penetapan baseline performa dan data kegagalan agar desain berikutnya bisa disempurnakan sebelum masuk ke tahap integrasi misi berawak.
