Energieversorgung: Strom für die ewige Dunkelheit auf dem Mond

Am Südpol des Mondes beginnt nur wenige Meter hinter einem sonnenbeschienenen Kraterrand ewige Dunkelheit. Dort unten sollen Rover nach gefrorenem Wasser suchen, doch ohne Licht liefern ihre Solarpanels keinen Strom. Chinesische Forscher wollen die Energieversorgung auf dem Mond deshalb neu organisieren: Laserstationen auf hellen Anhöhen sollen Energie gezielt in die dunklen Krater schicken.

Gebaut ist dieses Netz noch nicht. Das Team vom Harbin Institute of Technology hat zunächst berechnet, wo solche Stationen rund um den Shackleton-Krater stehen müssten. Wie die South China Morning Post (SCMP) berichtet, könnten bereits Verschiebungen um rund 100 Meter die Reichweite deutlich erhöhen und bislang getrennte Versorgungszonen fast vollständig miteinander verbinden.

So soll die Energieversorgung auf dem Mond per Laser funktionieren

Das chinesische Konzept sieht Solaranlagen auf den dauerhaft beleuchteten Höhen rund um den Krater vor. Sie würden Strom erzeugen und einen Teil der Energie in gebündeltes Laserlicht umwandeln. Der Strahl ließe sich gezielt zu Fahrzeugen in den tiefer gelegenen Schattenzonen schicken.

Empfänger auf den Rovern würden das Laserlicht wieder in Elektrizität umwandeln. Mehrere Stationen könnten dabei ein zusammenhängendes Versorgungsnetz bilden. Die Fahrzeuge müssten dadurch nicht ständig zu einem einzigen Ladepunkt zurückkehren, sondern könnten zwischen mehreren versorgten Zonen wechseln. Das Team schreibt: „Die Optimierung schuf erfolgreich ein kontinuierliches und stabiles Netz für die Energieversorgung per Laser.“

Neue Standorte verbinden das Netz fast vollständig

Für ihre Berechnungen nutzte das Team reale Höhendaten des Shackleton-Kraters. Sie stammen vom Lunar Orbiter Laser Altimeter der NASA. Ein bayessches Optimierungsverfahren suchte innerhalb eines komplexen Geländemodells nach günstigen Standorten. Dabei zählten zwei Kriterien: die Fläche mit ausreichend Laserleistung und die Verbindung zwischen den einzelnen Versorgungsbereichen.

Die Ausgangsanordnung erreichte 17,80 Prozent der untersuchten Fläche. Nach der Optimierung waren es 24,08 Prozent. Das entspricht einem Zuwachs von gut 35 Prozent. Noch größer fiel der Unterschied bei der Vernetzung aus. Sie stieg von 38,69 auf 99,29 Prozent. Nahezu alle versorgten Zonen bildeten damit im Modell ein zusammenhängendes Netz.

Schon 100 Meter verändern die Versorgung deutlich

Laut South China Morning Post reichten Verschiebungen von rund 100 Metern, um die Leistung des Netzes deutlich zu verbessern. Auf dem Mond entscheiden kleinere Höhenunterschiede darüber, ob eine Station freie Sicht auf einen Rover hat. Kraterwände, Felsen und steile Hänge können den Laserstrahl blockieren. Eine günstige Position ist deshalb ebenso wichtig wie die Leistung des Senders.

Die Wissenschaftler formulieren den Zweck ihrer Arbeit zurückhaltend: „Die Untersuchung liefert theoretische Unterstützung für den Bau lunarer Forschungsstationen und ihrer Energieversorgung.“ Das Verfahren soll vor allem die Planung künftiger Infrastruktur erleichtern. Es liefert keine Bestätigung für einen bereits beschlossenen Bau und keinen Praxistest auf der Mondoberfläche.

Laser sollen Strom über fünf Kilometer übertragen

Die Simulationen berücksichtigen der SCMP zufolge auch eine Entfernung von rund fünf Kilometern. Unter diesen Bedingungen kamen etwa 371 Watt optische Leistung am Empfänger an. Nach der Umwandlung blieben laut Bericht 98 Watt elektrische Leistung. Das könnte kleinere Rover-Systeme, Sensoren oder wissenschaftliche Geräte versorgen. Für größere Fahrzeuge oder eine bemannte Station wäre deutlich mehr Energie nötig.

Die Region rund um den Shackleton-Krater gilt für mehrere Raumfahrtprogramme als wichtig. Sonnenbeschienene Höhen könnten Solaranlagen tragen. In den kalten Schattenzonen lagert vermutlich gefrorenes Wasser. Es könnte später als Trinkwasser, Sauerstoffquelle oder Ausgangsstoff für Raketentreibstoff dienen. Dafür müssen Fahrzeuge jedoch lange genug in den Kratern arbeiten können.

China verbindet künftig Energie und Kommunikation

Das Team denkt bereits über eine zweite Funktion der Laserstrahlen nach. Sie könnten neben Energie auch Daten übertragen. „Künftige Arbeiten werden die Verbindung von Laserkommunikation und Energieübertragung untersuchen“, schreiben die Wissenschaftler. Ein Strahl könnte Rover demnach zugleich mit Strom versorgen und Messdaten aus den Kratern senden.

Offen bleiben technische Fragen. Mondstaub könnte Optik und Empfänger beeinträchtigen. Fahrzeuge müssten den Laser möglichst genau ausrichten. Auch wechselnde Lichtbedingungen und mehrere gleichzeitig aktive Rover verlangen weitere Berechnungen. Die Forscher wollen deshalb dynamische Beleuchtung und die koordinierte Versorgung mehrerer Fahrzeuge in ihre nächsten Modelle aufnehmen.

Kurz zusammengefasst:

Chinesische Forscher planen eine Energieversorgung auf dem Mond, bei der Solarstrom von beleuchteten Kraterrändern per Laser zu Rovern in dunklen Regionen übertragen wird.
Eine Simulation mit realen Höhendaten des Shackleton-Kraters erhöhte die versorgte Fläche von 17,80 auf 24,08 Prozent und die Vernetzung der Bereiche von 38,69 auf 99,29 Prozent.
Das Laser-Netz existiert bislang nur als Modell, könnte Rover aber länger einsatzfähig machen und die Suche nach gefrorenem Wasser am Mond-Südpol erleichtern.

Übrigens: Während China Rover in dunklen Mondkratern per Laser mit Energie versorgen will, plant ein japanischer Konzern sogar Solarstrom vom Mond zur Erde. Ein 11.000 Kilometer langer Ring aus Solarmodulen soll die Energie per Mikrowellen oder Laserstrahlen übertragen – mehr dazu in unserem Artikel.