Laserdrevet rover til at udforske månernes mørke skygger

Et laserlys skinnede gennem mørket kunne drive robotudforskning af de mest fristende steder i vores solsystem:de permanent skyggede kratere omkring månens poler, menes at være rig på vandis og andre værdifulde materialer.

ESA's Discovery &Preparation-program finansierede designet af et lasersystem til at holde en rover forsynet med strøm fra op til 15 km væk, mens den udforsker nogle af disse mørke kratere.

På de højeste månens breddegrader, solen står lavt i horisonten hele året rundt, kaster lange skygger, der holder sunkne kratere fast i permanent skygge, potentielt på en tidsskala på milliarder af år. Data fra NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter, Indiens Chandrayaan-1 og ESAs SMART-1 orbitere viser, at disse "permanent skyggede områder" er rige på brint, tyder stærkt på, at der kan findes vandis der.

Ud over at have videnskabelig interesse, denne is ville være værdifuld for månekolonister, som drikkevandskilde, ilt til vejrtrækning, samt en kilde til brintraketbrændstof. Men for at vide det med sikkerhed kræver det at gå ind i disse mørklagte kratere og bore.

Enhver rover, der efterforsker de skyggefulde områder, ville være nødt til at undvære solenergi, mens de kæmper med temperaturer, der kan sammenlignes med Plutos overflade, ned til –240°C, kun 30 grader over det absolutte nulpunkt.

"Standardforslaget til en sådan situation er at udstyre roveren med atombaserede radioisotop termoelektriske generatorer, " kommenterer ESA's robotingeniør Michel Van Winnendael. "Men dette giver problemer med kompleksitet, omkostninger og termisk styring - roveren kunne varme op så meget, at prospektering og analyse af isprøver faktisk bliver upraktisk.

"Som et alternativ, denne undersøgelse så på at udnytte et laserbaseret strømsystem, inspireret af jordbaserede lasereksperimenter for at holde droner drevet og flyvende i timevis."

10-måneders PHILIP, "Styrer rovere med høj intensitet laserinduktion på planeter, "kontrakten blev indgået for ESA af Italiens Leonardo-virksomhed og Rumæniens Nationale Institut for Forskning og Udvikling for Optoelektronik, kommer med et komplet laserdrevet udforskningsmissionsdesign.

Dette omfattede at vælge en placering for missions lander, i et næsten permanent solbelyst område mellem Sydpolens de Gerlache- og Shackleton-kratere. Denne lander ville være vært for en solcelledrevet 500-watt infrarød laser, som den ville holde trænet på en 250 kg rover, da den kom ind i de skyggefulde områder.

Roveren ville konvertere dette laserlys til elektrisk strøm ved hjælp af en modificeret version af et standard solpanel, med fotodioder på siderne af panelet, der holder det låst på laseren ned til centimeter-skala nøjagtighed.

Undersøgelsen identificerede ruter, der ville tage roveren nedad ved en relativt svag hældning på 10 grader, mens den holdes i landerens direkte sigtelinje. Laserstrålen kunne bruges som en tovejs kommunikationsforbindelse, med en modulerende retroreflektor monteret på det andet af roverens solpaneler, sender signalimpulser i lys reflekteret tilbage til landeren.

Vejledning af projektkrav, ESA har tidligere udført feltforsøg om natten på det månelignende Tenerife for at simulere roveroperationer i permanent skygge.

Michel tilføjer:"Med PHILIP-projektet afsluttet, vi er et skridt tættere på at drive rovere med lasere til at udforske månens mørke dele. Vi er på det stadie, hvor prototyping og test kunne begynde, udført af opfølgende ESA-teknologiprogrammer."