Die Krater an den Mondpolen liegen im permanenten Schatten. Aber sie sind auch faszinierende Orte aufgrund von Ablagerungen von Wassereis und anderen Materialien. Die ESA entwickelt die Idee für einen Rover, der diese Gebiete mit Laserleistung erkunden kann.
Jeder glaubt zu wissen, was Laser sind: Sie sind Lichtstrahlen. Nun, im Grunde ja.
Laser steht für Light Amplification by Stimulation of Electromagnetic Radiation. Ein Laser ist im Grunde fokussiertes Licht. Während das meiste Licht als inkohärent gilt, sind Laser kohärent. Sie können räumlich kohärent sein, d. h. der Strahl bleibt über große Entfernungen fokussiert, ohne sich aufzuweiten. Und sie können zeitlich kohärent sein, das heißt, sie können Licht in einem sehr schmalen Spektrum emittieren, im Grunde eine Farbe.
Der erste Laser wurde 1960 in den USA erfunden. Jetzt werden sie verwendet für alle möglichen Dinge , auch in der Astronomie. Observatorien verwenden Laserpointer, um Laserleitsterne zu erstellen, die dann zur Kalibrierung der adaptiven Optik verwendet werden.
Der Laserleitstern am VLT. Bildnachweis: Von G. Hüdepohl/ESO – http://www.eso.org/public/images/gerd_huedepohl_4/, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11683404
Laser wurden als eine Art von Raumschiffantrieb , auch. Theoretisch könnte ein ausreichend leistungsstarker Laser verwendet werden, um Raumschiffe durch das Sonnensystem in Form eines a Laser-geschobenes Lichtsegel.
Aber dies ist das erste Mal, dass wir von der Verwendung eines Lasers hören, um einen Rover auf den Mond zu bringen.
Die Idee stammt von der European Space Agency (ESA) Entdeckung und Vorbereitung Programm. Ziel des Programms ist es, „kurz- bis mittelfristig die Grundlage für die künftigen Aktivitäten der Agentur zu legen“. Und kurz- und mittelfristig steht der Mond definitiv auf dem Speiseplan.
Der Mond ist nicht wie die Erde. Da sich die Erde um ihre Achse dreht, erlebt sie ausgeprägte Jahreszeiten. Die Polarregionen spüren sie am stärksten. Manchmal haben die Pole 24-Stunden-Dunkelheit, manchmal 24-Stunden-Licht. Die axiale Neigung der Erde beträgt etwa 23,5 Grad, während die des Mondes 1,5 Grad zur Ekliptik beträgt.
Auf dem Mond steht die Sonne also in den höchsten Breitengraden dank ihrer Neigung von 1,5 Grad tief am Horizont. Kraterböden können im Dauerschatten liegen. Das ist eigentlich gut für uns, denn da ist wasser . Aber es ist schlimm, denn ohne Licht sind sie schwer zu erkunden. Es gibt dort keine solarbetriebenen Rover.
Freiliegendes Wassereis (grüne oder blaue Punkte) in lunaren Polarregionen und Temperatur. Bildnachweis: Shuai Li
Die NASA hat mit der Idee eines Rovers gespielt, der diese dunklen Krater erkunden könnte. Namens VIPER , würde es im Akkubetrieb Schattenbereiche aufsuchen, müsste aber regelmäßig Sonnenlicht finden, um sich aufzuladen. Das ist ein ziemlich wichtiger limitierender Faktor.
Wenn Sie das Design von Rovern überhaupt verfolgen, wissen Sie, dass es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten gibt, sie mit Strom zu versorgen: Solarenergie oder thermoelektrische Generatoren mit Radioisotopen (RTG), die die Wärme eines zerfallenden radioaktiven Elements auffangen, um Elektrizität zu erzeugen. Plutonium 238 wird am häufigsten verwendet, und so funktioniert MSL Curiosity.
Laut ESA ist ein RTG jedoch möglicherweise nicht die beste Wahl für diese Mission. Sie produzieren viel Wärme, was die Untersuchung von Eis erschweren könnte.
„Der Standardvorschlag für eine solche Situation ist, den Rover mit thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren auf Nuklearbasis auszustatten“, kommentierte ESA-Robotikingenieur Michel Van Winnendael. „Dies bringt jedoch Probleme mit der Komplexität, den Kosten und dem Wärmemanagement mit sich – der Rover könnte sich so stark erwärmen, dass das Aufsuchen und Analysieren von Eisproben tatsächlich unpraktisch wird.“
Ein Porträt von MSL Curiosity der NASA, das sein Ding auf dem Mars macht. Der Rover wird von einem RTG, einem thermoelektrischen Radioisotop-Generator, angetrieben. Aber das kann für einen Rover, der Eisablagerungen auf dem Mond untersuchen soll, zu viel Wärme erzeugen. Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Es ist die Aufgabe des Discovery and Preparation-Programms der ESA, über den Tellerrand zu schauen und anstehende Probleme zu lösen. Dazu haben sie sich Dinge wie laserbetriebene Drohnen wie die von DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) angesehen. Stiller Falke . Es ist eine solarelektrische Drohne, die ihre Batterien mit einem Laser auflädt und theoretisch ewig fliegt.
„Als Alternative untersuchte diese Studie die Nutzung eines laserbasierten Energiesystems, das von terrestrischen Laserexperimenten inspiriert wurde, um Drohnen stundenlang mit Strom zu versorgen und zu fliegen“, sagte Van Winnendael.
Der Laser, der den Rover antreibt, wäre weder auf der Erde noch in der Mondumlaufbahn. Es würde sich auf der Oberfläche des Mondes befinden, zwischen 4 und 15 km (2,5 bis 9,3 Meilen) entfernt. Die Laserstromquelle wäre selbst solarbetrieben.
Die ESA hat einen Auftrag zur Entwicklung dieser Idee vergeben. Sie gaben es Italiens Leonardo Unternehmen und Rumäniens Nationales Institut für Forschung und Entwicklung für Optoelektronik . Es handelt sich sowohl um einen Lander als auch um einen Rover. Der Lander würde sich irgendwo in der Nähe der Krater de Gerlache und Shackleton des Südpols befinden, an einem Ort mit nahezu permanentem Sonnenlicht. Von dort würde es einen solarbetriebenen Infrarotlaser mit 500 Watt auf einen 250 kg schweren Rover strahlen. Wenn der Rover in die abgeschatteten Bereiche eindrang, blieb der Laser auf den Rover gerichtet.
Der Rover selbst würde den Laser auf modifizierten Sonnenkollektoren empfangen und in Strom umwandeln. Fotodioden an den Seiten der Sonnenkollektoren würden das Ziel des Lasers steuern.
Die 10-monatige Studie mit dem Namen PHILIP (Powering Rovers by High Intensity Laser Induction on Planets) umfasste die Suche nach den richtigen Routen, um dies alles zum Laufen zu bringen. Sie suchten nach Routen hinunter in Krater mit einer leichten Neigung von 10 Grad, die den Rover in Kontakt mit dem Laser halten würden.
Ein Bild aus der PHILIP-Studie, das den Landeplatz der Mission und drei PSRs, Permanently Shadowed Regions, zwischen den Kratern de Gerlache und Shackleton zeigt. Der Rand des Shackleton-Kraters ist der dunkle Bereich rechts. Bildquelle: ESA/Leonardo
Der Laser könnte laut ESA auch als Kommunikationsgerät doppelte Aufgaben erfüllen. Es könnte als Zweiwege-Kommunikationsverbindung verwendet werden. Das zweite der beiden Panels des Rovers könnte einen Retroreflektor beherbergen, der Lichtimpulse als Signale zurück an den Lander senden würde.
Die ESA hat bereits einige Tests gemacht . Sie nutzten Teneriffa, eine der Kanarischen Inseln, um an der Idee zu arbeiten, Rover in nahezu permanenter Dunkelheit zu betreiben. Der Laserantrieb wurde dort zwar noch nicht getestet, könnte es aber in Zukunft sein.
„Mit dem Abschluss des PHILIP-Projekts sind wir einen Schritt näher dran, Rover mit Lasern anzutreiben, um die dunklen Teile des Mondes zu erkunden“, sagte Van Winnendael von der ESA. „Wir befinden uns in der Phase, in der Prototypen und Tests beginnen könnten, die von nachfolgenden ESA-Technologieprogrammen durchgeführt werden.“
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