China will Licht in dunkle Mondkrater bringen. Lasertürme am oberen Kraterrand sollen mit Solarpanelen Sonnenlicht einfangen und in Laserbündel umwandeln. Diese sollen sie in die niemals ausgeleuchteten Krater am Südpol des Monds schicken. So will China im Rahmen seines ehrgeizigen Mondprogramms seine Flotte von Rovern mit Energie versorgen.
In einer neuen Studie untersucht ein Team um Mengfan Tian vom Harbin Institute of Technology nun, wie das Netzwerk aus Lasertürmen aufgebaut sein muss. „Die Anordnung der Laser-Übertragungsstationen ist durch mehrere Faktoren stark eingeschränkt: darunter das zerklüftete Terrain der Polregionen und die variable Sonneneinstrahlung. Das kann die Stabilität der Energieversorgung einschränken“, schreiben die Autoren.
Die Studie liefere zum ersten Mal eine Strategie, abhängig von Terrain und Sonneneinstrahlung die optimalen Standorte für die Lasertürme zu finden. Sie ist im Journal of Deep Space Exploration erschienen.
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Warum Laser?
Solarpanele fallen mangels Sonnenlicht im Krater als Lösung aus. Auch Kabel sind im unwegsamen Terrain keine Option, besonders, wenn der Rover größere Strecken zurücklegen soll. Batterien wären zwar denkbar, sind aber zu schwer für einen längeren Betrieb des Rovers ohne externe Energieversorgung. Die Reichweite ist zu gering.
Laser hingegen stellen eine kontinuierliche Energiezufuhr von außen dar. Der Rover kann leichter gebaut werden und sich damit schneller und leichter im Krater bewegen.
Der Rover bräuchte auf seinem Dach Laserempfangsgeräte sowie einen Wandler, der das Laserbündel in Strom wandelt. Das Fahrzeug wäre häufig mit mehreren Lasertürmen gleichzeitig in Kontakt; die Türme bilden ein Netzwerk.
Wie viel Energie braucht ein Rover?
In der Studie liegt der kritische Schwellenwert bei 60 W. Das sei gerade ausreichend, um die relevanten Instrumente zu betreiben, darunter ein Massenspektrometer und ein Neutronenspektrometer.
Über eine Strecke von 5 km lassen sich laut Studie auf dem Mond 371 W optische Leistung übertragen. Das entspreche 98 W elektrischer Leistung.
Warum will China den Südpol erforschen?
Der Südpol des Monds spielt in sämtlichen Mondprogrammen – auch dem chinesischen – eine gewichtige Rolle. An den Kraterrändern gibt es nahezu kontinuierlich Sonneneinstrahlung. In der Nähe des Äquators dauern Tag und Nacht hingegen jeweils grob zwei Wochen an. Es gibt also lange Dunkelperioden, in denen die Solarpanele leer ausgehen.
Ein zweites Argument für den Südpol: In den tiefen Kratern befinden sich große Vorkommen von Wassereis, das nie verdampft ist. Das Eis könnte für die Produktion von Trinkwasser und Raketentreibstoff genutzt werden.
Welche Rolle spielen die Lasertürme in Chinas Mondprogramm?
China und die USA liefern sich ein Rennen auf dem Mond. Zuletzt hat die Nasa ihre Pläne über den Haufen geschmissen, um alles dem Ziel unterzuordnen, dass 2028 eine US-Crew auf dem Mond landet. In dem Zuge hat sie ihre Pläne für die Gateway-Station auf Eis gelegt. Aktivitäten auf der Mondoberfläche gewinnen zumindest kurzfristig an Bedeutung. Und ein Schwerpunkt liegt auf der Südpolregion.
Sowohl die USA als auch China flankieren ihre astronautischen Missionen mit Mondrovern. Diese sollen das Gelände auskundschaften und zum Beispiel nach Wasservorkommen suchen.
Welche Gegend hat China im Visier?
China hält den potenziell wasserreichen Shackleton-Krater für ein vielversprechendes Ziel. Laut der Studie befinden sich oberhalb des Kraters mindestens drei Punkte, an denen die Solarpanele der Lasertürme zu 90 % der Zeit Sonnenlicht einfangen könnten.
Was genau ist Gegenstand der Studie?
Laut Studie kann niemals der gesamte Krater mit Lasern abgedeckt werden. Stattdessen gibt es Zonen mit guter Abdeckung, zwischen denen der Rover mit seinen eigenen Energiereserven hin- und herfahren muss.
Die optimale Position der Lasertürme berücksichtigt deshalb nicht allein die Sonneneinstrahlung am Kraterrand, sondern auch die Abdeckung im Krater. Das Autorenteam hat einen Algorithmus entwickelt, der die Position der Türme ausgehend von ihren ursprünglichen Positionen an den drei Gipfeln optimiert.
„Indem wir die Position jeweils um grob 100 m verschoben haben, konnten wir die Abdeckung des gesamten Netzwerks um 35 % steigern“, heißt es in der Studie. Vorher waren demnach 18 % der Kraterfläche abgedeckt, nun sind es 24 %.
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