Laserbetriebener Rover zur Erforschung schattiger Mondkrater

Im Rahmen des ESA-Programms "Discovery & Preparation" wurde das Konzept eines Lasersystems finanziert, das einen Rover aus bis zu 15 km Entfernung mit Strom versorgen kann, während er einige dieser dunklen Krater erforscht.

In den höchsten lunaren Breitengraden bleibt die Sonne das ganze Jahr über tief am Horizont und wirft, möglicherweise seit Milliarden von Jahren, lange Schatten auf die versunkenen Mondkrater. Daten des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, der indischen Mission Chandrayaan-1 und des SMART-1-Orbiters der ESA zeigen, dass diese „permanent schattigen Regionen" reich an Wasserstoff sind, was stark darauf hindeutet, dass dort Wassereis gefunden werden kann.

Dieses Eis ist nicht nur von wissenschaftlichem Interesse, sondern auch für eine mögliche Besiedlung des Mondes wertvoll, als Quelle für Trinkwasser, Sauerstoff zum Atmen und Wasserstoff als Raketentreibstoff. Für eine sichere Beurteilung ist es allerdings notwendig, sich in diese abgedunkelten Krater zu begeben und dort zu bohren.

Jeder Rover, der die überschatteten Regionen erforscht, müsste auf Sonnenenergie verzichten, während er mit Tiefstwerten von bis zu -240°C konfrontiert würde, die nur 30° über dem absoluten Nullpunkt liegen. Vergleichbar ist dies mit der Oberflächentemperatur Plutos.

ESA-Robotik-Ingenieur Michel Van Winnendael: "Der Standardvorschlag für eine solche Situation lautet, den Rover mit einem Radioisotopengenerator (RTG) auszustatten. Aber das bringt Probleme hinsichtlich Komplexität, Kosten und Wärmemanagement mit sich - der Rover könnte sich so stark erwärmen, dass die Erkundung und Analyse von Eisproben unpraktisch wird".

"Deshalb wurde in dieser Studie - inspiriert von Laserexperimenten auf der Erde zur mehrstündigen Stromversorgung fliegender Drohnen - die Nutzung eines laserbasierten Stromversorgungssystems untersucht".

Der 10-monatige PHILIP-Vertrag "Powering rovers by High Intensity Laser Induction on Planets" wurde im Auftrag der ESA von der italienischen Firma Leonardo und dem rumänischen Nationalen Institut für Forschung und Entwicklung für Optoelektronik (INOE) durchgeführt und beinhaltet ein vollständiges Design für eine lasergestützte Forschungsmission.

Dazu gehört auch die Auswahl eines Standorts für den Missions-Lander in einer Region mit nahezu permanenter Sonneneinstrahlung zwischen den Kratern de Gerlache und Shackleton des lunaren Südpols. Dieser Lander soll einen solarbetriebenen 500-Watt-Infrarotlaser beinhalten, der auf einen 250 kg schweren Rover zielt, während dieser in die schattigen Kraterregionen vordringt.

Der Rover würde dieses Laserlicht mit Hilfe einer modifizierten Version eines Standard-Solarpaneels in elektrische Energie umwandeln, wobei Fotodioden an den Seiten des Paneels dieses zentimetergenau auf den Laserstrahl fixiert hielten.

Die Studie identifizierte außerdem Routen, bei denen der Rover trotz einer relativ leichten Neigung von 10 Grad immer in direkter Sichtlinie des Landers bleiben würde. Der Laserstrahl könnte als Zwei-Wege-Kommunikationsverbindung dienen, indem ein modulierender Retroreflektor auf dem zweiten Solarpaneel des Rovers angebracht wäre, der Signalimpulse im reflektierten Licht zurück zum Lander sendet.

Um den Projektanforderungen gerecht zu werden, hat die ESA früher nächtliche Feldversuche in mondähnlichen Gebieten von Teneriffa durchgeführt, um den Rover-Betrieb im Dauerschatten zu simulieren.

Michel Van Winnendael fügt hinzu: "Mit dem Abschluss des PHILIP-Projekts sind wir dem Ziel näher gekommen, Rover mittels eines Lasers mit Energie zu versorgen, um künftig auch dunkle Gebiete des Mondes zu erkunden. Wir befinden uns in einem Stadium, in dem Prototypen und Tests beginnen könnten, die von nachfolgenden Technologieprogrammen der ESA durchgeführt werden".