它的设计初衷是在两周的月球白昼期间运行，然后湮没在漫长寒冷冰冻的夜晚。为维持基地的运行，所有设备都一定要能承受极端条件。白天，月球赤道上的温度可达120℃；夜晚，温度会降到-220℃，和冥王星一样冷。没有加热器，设备就会损坏，巨大的气温变化产生的机械应力，会使结构部件变得易碎和破裂。没有阳光，太阳能板就变得毫无用处，宽阔的面板只会更快地散失热量。电池容量降低，其液体成分会冻结，并进入一个耗电周期，将电池的大部分能量用于给自身加热。
在前往月球的途中，航天器也面临着极端的气温变化，阴影面的温度比阳光面低数百摄氏度。将隔热、反射和太阳能板产生的能量相结合，整个航天器在飞行过程中能保持在可接受的温度范围内。只有在航天器着陆后，面临月球上那些很具有挑战性的夜间条件，才开始倒计时。
为了维持在有限的阳光条件下连续工作，“旅行者号”和“新视野号”等大多数深空任务，以及“阿波罗月球表面实验组合项目”（ALSEP）等月球表面长期探测器，均使用放射性同位素热发电机，这些发电机可以持续工作数十年，但由于需要高放射性燃料，它们面临安全性、寻求货源和监管审批方面的挑战。如果能在月球表面的极端环境下使用，太阳能将是一个更好的方案。
我们和宇航机器人公司Astrobotic的同事致力于让全世界都能进入太空。Astrobotic是一家总部在匹兹堡的小企业，成立于2007年，公司最著名的是其月球着陆器，例如，定于2023年首次执行飞行任务的“游隼号”，以及计划于2024年将美国国家航空航天局的“挥发性物质调查极地探险月球车”（VIPER）运送到月球南极的“格里芬号”。现在，Astrobotic公司打算解决月球上的电力问题，通过一项公共服务在终年阳光照耀的月球两极收集太阳能，再将其分配给没有阳光的黑暗地方。
为什么要选在那里呢？因为美国国家航空航天局计划通过其阿尔忒弥斯项目在2025年将宇航员送上月球，并于2030年前在月球南极附近建立一个永久基地。这个地区特别令人感兴趣的是深陨石坑，其内部永远处于阴影中，一直非常寒冷。在这些天然冷阱中能够找到水冰。这些水冰能够给大家提供饮用水，并在电解后提供氧气用于呼吸的。电解的另一种产物——氢，可能有一天会与氧结合，用来给火箭补充燃料。阿尔忒弥斯基地必须建在靠近这种永久阴影区的地方。仅是探索这些陨石坑需要的电力就比维持阿尔忒弥斯基地运转所需的电力还要多。到目前为止，没有一项阿波罗任务曾试图产生足够的电力，以便在月球上的黑夜达成目标；这些任务都是在月球白天进行的，宇航员可以在温暖的阳光下工作。提供电力的是燃料电池，而不是太阳能电池，因为在20世纪六七十年代，太阳能电池的重量功率比极高。得益于近几十年的科学技术进步，太阳能电池板的重量已经非常大程度上减轻了。
许多小型月球机器人，如美国的ALSEP、苏联的Lunakhod月球车和中国最近发射的“嫦娥”探测器的着陆器都利用核能维持了数月或数年的运行。这些机器人使用放射性同位素加热器来直接加热物体，用放射性同位素热发电机将放射性热能转化为电能。
有人提议用裂变反应堆来支持阿尔忒弥斯任务，但这项技术面临着与早期核电方案相同的挑战：任何涉及发射放射性有效载荷的方法都必须克服相当大的安全性和监管障碍。Astrobotic公司没有排除利用核能，公司已在与西屋公司合作，为美国国家航空航天局/能源部联合开发裂变反应堆。但对于阿尔忒弥斯基地早期的供电，Astrobotic预计美国国家航空航天局将采用其全太阳能供电的LunaGrid。以下是我们和同事设计的LunaGrid的原理。
LunaGrid由固定电站和移动充电站的模块化网络组成。固定电站通过电缆连接在一起。这种直接连接比基于微波或激光的电力传输更可取，后者效率低，并可能会对在该区域工作的宇航员造成潜在的危险。
这些电站将部署在月球南极附近，那里的阳光照射区域非常靠近夜间区域，能保证至少有一些太阳能电站始终提供电力。不远处便是永久阴暗，其陨石坑底部蕴藏着水冰。当然，如果月球北极有基地的话，LunaGrid也可以在那里工作。
在地球上，太阳能电池板通常安装在水平或接近水平的地面上。在正午太阳高悬的地方，这种方法很好。但是在月球两极，太阳总是靠近地平线。因此，为了更多地拦截阳光，太阳能电池板需要垂直安装。
我们计划使用的设备包括竖立在月球车基座顶部的折叠太阳能电池板。这些垂直太阳能电池板展开后，可高出地面20米以上。移动式设计可使这些电站从着陆器降落到月球表面，自我调平并移动到远处的位置，同时可管理长达2千米的电力电缆。这种发电设备不需要宇航员或专门的机器人部署。
可展开的太阳能电池阵列来自位于佛罗里达州杰克逊维尔的Redwire航天公司，目前正在国际空间站使用。固定发电站将采用美国国家航空航天局肯尼迪航天中心的电动太阳能电池盖，它可以产生一种力，防止灰尘颗粒沉积在电池板上。为了方便单个电站的电力转换馈入电网，系统使用美国国家航空航天局格伦研究中心开发的电力处理设备。
电站无法将电力分配到与电网分离的地方，这需要CubeRover小型机器人车来完成。作为LunaGrid系统的灵巧之手，这些轻型模块化机器人的重量从4.6千克到10.6千克不等，每一个都可以携带大约有其质量一半的额外有效载荷，它可以在一个月球日内穿越几千米。对太空漫游技术来说，这样的速度已经很快了；相比之下，“勇气号”火星探测器在2000多个地球日中行驶不到10千米。CubeRovers使用电缆，将附近（约100米内）的用电设备接入电网。
在向预期目的地移动的过程中，CubeRover将与垂直太阳能电池阵列保持连接，然后连接任何的需要电源的设备。我们大家可以把它想象成一个机器人延长线。CubeRover可在任何的需要电力的地方提供短程无线充电。例如，美国国家航空航天局的“就地资源利用挖掘机”能够最终靠CubeRover在阴影处的挖掘现场充电，而不用花费时间和能量返回到发电节点或带有太阳能电池板的着陆器。
将发电站连接在一起的传输电缆一定要能延伸至少几千米，并且能使用数年。目前面临的一项主要挑战是电缆在月壤（月球表面的砂砾）上拖动时会产生磨损。与地球土壤不同，月壤没有被风化成光滑的圆形颗粒，而是类似于细碎的玻璃，非常锋利，可穿透宇航员的多层靴子，或者破坏样本容器的真空密封。此外，因为来自太阳的离子流，尘埃也会带静电，它会粘在宇航服上，溜进着陆器堵塞设备。
另一个问题是如何将电力传送到需要它的设备。机械匹配的电气接头就像日常接入墙上的插座，会被灰尘堵塞。而且，接入插座需要灵巧性，这对于机器人和穿着宇航服的宇航员来说都很难实现。因此，Astrobotic利用WiBotic、博世和华盛顿大学开发的技术设计了一款无线充电器。它不需要完全地对准，只需要接近即可充电。更具体地说，无线充电器和接收器线年，
当第一个LunaGrid节点在月球南极附近着陆时，Astrobotic着陆器中将出现一台移动电站，降落到月球表面，最远行驶到2千米以外的地方，同时沿途放置输电电缆。接下来，这台电站将展开它的垂直太阳能电池阵列，形成LunaGrid的第二个节点。这两个节点都能利用太阳能发电，电力可以相互传输，或通过配备无线充电器的CubeRover传送给区域内的别的设备。
到2028年，其他任务将搭载类似设备，使用类似的电力传输电缆，将这两个电站与更多节点连接起来，形成一个成熟的电网，可立即为阿尔忒弥斯月球基地或其他设备供电。
LunaGrid采用垂直太阳能电池阵列，可用于太阳高出地平线较低的任何地方，如大多数卫星或行星的两极。LunaGrid还可以在低纬度地区使用水平或倾斜的太阳能电池阵列。卫星或行星离太阳越远，需要的太阳能阵列越大、节点越多，但原则上，太阳能可为太空探索提供适用的电源，即使是在离太阳很远的地方。
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