China will Netzwerk aus Lasertürmen am Mond bauen

Schon vor über 100 Jahren hat Nikola Tesla davon geträumt, Strom drahtlos zu übertragen. Der Traum platzte und der 1901 errichtete, 57 Meter große Wardenclyffe Tower, mit dem er den Strom senden wollte, wurde nie vollendet. 1917 wurde er abgerissen.

Auch heute ist die drahtlose Übertragung von Strom über größere Entfernungen nach wie vor nur Gegenstand von Experimenten und Forschung. Wenn es nach chinesischen Forschern geht, könnte man das Konzept aber adaptieren und auf dem Mond statt auf der Erde nutzen.

Strom für die schattigen Plätze am Mond

Die wissenschaftliche Studie des Harbin Institute of Technology zu dem Thema sieht zwar ebenfalls ein Netzwerk aus Türmen vor, aber mit Laser- statt Funktechnik. Während bei Teslas Idee der Strom in alle Richtungen gestrahlt worden wäre, ähnlich wie bei einem Radiosendemasten, wollen die Forscher die Laserstrahlen gezielt einsetzen.

Ihre Idee ist, die Türme mit Solarpanels am Südpol des Mondes aufzustellen. Werden sie richtig an den Rändern der Krater positioniert, sammeln sie nahezu rund um die Uhr Sonnenlicht. Die Energie wird dann mit einem Laserstrahl zum Abnehmer weitergeleitet, etwa Mond-Rover, oder später auch wissenschaftliche Messinstrumente und Förderanlagen.

Wasser am Mond

Das Ziel ist nämlich, dass man so Geräte mit Strom versorgen kann, die sich in den schattigen Bereichen der Krater aufhalten. Dort wird nämlich Eis aus Wasser vermutet. Und dieses Wasser zu fördern, ist eine der wichtigsten Voraussetzungen, um eine dauerhafte Mondbasis zu ermöglichen. Das Wasser wird nämlich nicht nur in seiner eigentlichen Form benötigt, sondern auch zur Gewinnung von Sauerstoff und Raumschiff-Treibstoff, etwa in der Form von Wasserstoff.

Dazu muss man das Wasser aber erst tatsächlich finden und die besten Orte zum Abbau bestimmen. Hier kommen die Rover ins Spiel. Die Rover und andere Geräte können sich in den schattigen Kratern aber nicht auf ihre Solarpanels verlassen, argumentieren die Forscher. Und die Batterien würden nicht für längere Erkundungsfahrten und Arbeiten ausreichen. Theoretisch könnte man mit langen Stromkabeln arbeiten, was aber die Beweglichkeit der Rover einschränkt.

Sender kann sich um den Turm herumbewegen

Wird der Vorschlag der Wissenschafter umgesetzt, würde der Rover mit einer kleineren Batterie auskommen. Diese bräuchte er nur, um vom abgedeckten Gebiet eines Turms zum nächsten zu kommen.

Während die Idee des drahtlosen Stromnetzwerks in der Theorie funktioniert, würde sie in der Praxis nur mäßig sinnvoll sein. Denn der Bereich des Shackleton-Kraters, den China als Standort für seine Mondbasis gewählt hat, hat viele Hügel, Hänge und andere landschaftliche Gegebenheiten, die die Sichtverbindung vom Turm zum Rover blockieren und damit auch die Energieübertragung per Laser.

Eine Lösung wäre, einfach alles mit Solartürmen und Lasersendern zuzupflastern. Das ist aber ressourcenbedingt nicht weise, da Flüge zum Mond teuer sind. Stattdessen haben die Forscher ein Modell entwickelt, um die optimale Position der Türme zu berechnen. Dazu haben sie die topografischen Daten von NASAs Lunar Orbiter Laser Altimeter genutzt.

Sie wollten herausfinden, was der beste Kompromiss aus Gebietsabdeckung und tatsächlicher Sichtverbindung (Konnektivität) ist. Dabei kamen sie auf folgende Idee: Der 10 Meter große Turm zum Sammeln der Solarenergie ist fix, aber der Sender mit dem Laser ist fahrbar. Der ist mit einem Kabel mit dem Turm verbunden und wird ferngesteuert bzw. fährt automatisch in der Umgebung des Turms in die beste Position, um den Rover mit Energie zu versorgen.

Simulationen

Um festzustellen, ob die fahrbaren Sender einen Unterschied machen, führten sie Simulationen durch. Das Modell sollte aus 9 möglichen Standorten 3 auswählen, an denen die Türme platziert werden. Ohne die fahrbaren Sender wurden von 441 Quadratkilometer Terrain nur 10,76 Prozent abgedeckt. Die Verbindung innerhalb des Gebiets betrug lediglich 39,93 Prozent, hatte also viele „Funklöcher“.

Mit den fahrbaren Sendern hat das Modell 3 andere Standorte ausgewählt. Die Abdeckung stieg auf 27,55 Prozent, die Konnektivität auf 98,92 Prozent. Zudem stieg die Überlappung der Abdeckung durch die Türme, was wichtig ist, falls einmal einer ausfallen sollte.

Bei den Simulationen machten die Forscher eine andere Beobachtung. Das Bauen von zusätzlichen Stationen ist nicht immer sinnvoll. Dadurch können nämlich „Strominseln“ entstehen, also Bereiche, die nicht mit den anderen verbunden sind. So steigt zwar die Gesamtnetzabdeckung, aber die Konnektivität sinkt, weil der Turm auf seiner Strominsel nur eine eingeschränkte Sichtverbindung auf den Rover hätte.

China will 2031 mit Bau von Mondbasis beginnen

Die Forscher sind sich bewusst, dass ihr Modell noch nicht die endgültige Lösung ist, um den Mond mit Drahtlosstrom zu versorgen. So nutzt es zur Berechnung derzeit noch die jährlichen Durchschnittswerte für die Lichtmenge an möglichen Standorten, nicht aber saisonale oder längerfristige Schwankungen. Auch langfristige Effekte, wie etwa Staub, der sich auf den Solarpanels und den Lasersendern ablagert, wurden noch nicht mit einbezogen.

In den nächsten Studien will man diese Parameter mit einbeziehen. Außerdem soll herausgefunden werden, ob der Laser auch zur Datenübertragung, in beide Richtungen, genutzt werden kann. Ebenfalls am Plan steht, das Modell so zu erweitern, dass mehrere Rover bestmöglich mit Strom versorgt werden.

Wenn Chinas ehrgeiziger Zeitplan hält, sollen schon in den nächsten Jahren Frachtflüge zum Mond-Südpol stattfinden. Mit dem Bau der ersten Komponenten für die International Lunar Research Station könnte dann ab 2031 begonnen werden. Wird bis dahin aus dem Modell ein vollwertiges Planungs-Tool, könnte das helfen, um gerade im Anfangsstadion der Mondbasis die besten Ergebnisse mit den knappen Ressourcen zu erreichen.

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