NASA menguji sistem sel bahan bakar hidrogen-oksigen regeneratif yang disiapkan untuk menjaga pasokan listrik habitat di Bulan saat panel surya tidak dapat bekerja. Teknologi ini dipandang penting karena malam lunar berlangsung sekitar 14 hari tanpa sinar Matahari, sementara kebutuhan daya tetap harus berjalan.
Uji darat terbaru dilakukan di Glenn Research Center, Cleveland, Ohio. NASA menempatkan pengujian ini sebagai bagian dari pencarian cara penyimpanan energi yang lebih andal untuk operasi permukaan Bulan.
Dua arah untuk siang dan malam
Sistem yang diuji bekerja secara bolak-balik. Ketika Matahari bersinar, kelebihan listrik dari array surya dipakai untuk menggerakkan elektroliser yang memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.
Gas itu kemudian disimpan sampai malam datang. Saat periode gelap tiba, fuel cell menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk menghasilkan listrik kembali, lalu air yang terbentuk masuk lagi ke siklus elektrolisis berikutnya.
NASA menyebut unit uji tersebut berbentuk silinder. Dari luar, tampilannya mirip tumpukan kaleng soda logam yang dipipihkan, namun di dalamnya ada hampir 270 sensor dan sekitar 1.000 komponen internal.
Daya untuk habitat dan peralatan misi
Unit yang diuji memiliki rating sekitar 25 kilowatt. Di Bumi, kapasitas itu setara dengan listrik untuk sekitar 15 hingga 20 rumah tangga rata-rata di Amerika Serikat secara bersamaan.
Di Bulan, daya itu ditujukan untuk mendukung sistem pendukung kehidupan habitat, instrumen sains, dan peralatan pemanfaatan sumber daya di lokasi. Kebutuhan itu menjadi semakin penting karena satu malam lunar berlangsung sekitar 354 jam.
NASA menempatkan teknologi ini dalam proyek Fission Surface Power. Program tersebut menilai beberapa opsi penyimpanan energi untuk operasi permukaan Bulan yang berkelanjutan, dan fuel cell dipertimbangkan sebagai kandidat pendamping atau cadangan bagi reaktor fisi kecil.
Tantangan lingkungan Bulan
Operasi di Bulan tidak hanya soal menyimpan energi, tetapi juga soal bertahan di lingkungan yang ekstrem. Suhu permukaan bisa naik sampai sekitar 260°F atau 127°C saat terkena Matahari, lalu turun ke -280°F atau -173°C pada malam hari.
Perubahan suhu seperti 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 memakai 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 dalam kondisi seperti itu berbeda dari di permukaan laut, sehingga menjadi perhatian penting dalam kampanye uji di Glenn.
Relevansi untuk Artemis
Kebutuhan energi menjadi salah satu hambatan besar untuk kehadiran manusia jangka panjang di sekitar kutub selatan Bulan. Wilayah itu menjadi target program Artemis, tetapi menerima cahaya Matahari yang lebih rendah dan lebih miring.
Bayangan kawah juga membuat sebagian lokasi hanya mendapat sinar selama sebagian kecil hari lunar. Kawasan tersebut berada di atas South Pole–Aitken Basin, struktur tumbukan terbesar dan terdalam di Bulan, sehingga pemilihan lokasi operasi jangka panjang menjadi lebih kompleks.
NASA menilai sistem penyimpanan energi yang mampu 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.