Wäre es praktisch, einen Rover mit einem Kabel zu einer Strom- und Kommunikationsstation zu verwenden?

Geologie Dr. Paul Spudis (der auf der Clementine Lunar Orbiter Mission war) hat einen interessanten Schritt-für-Schritt-Vorschlag für die Exploration von potenziell extrahierbarem Wassereis an den Mondpolen. Es umfasst Kommunikationssatelliten in der polaren Mondumlaufbahn. Ich frage mich, ob es praktisch wäre, sie durch ein Kabel zu ersetzen. Ich denke, dass die Kommunikationssatelliten die Schwelle für ein solches Projekt erhöhen, da sie die allererste Investition sein müssten.

Ein stationärer Lander auf einem Kraterrücken in (fast) konstantem Sonnenlicht mit einer großen rotierenden Photovoltaikanlage könnte Dutzende von Kilowatt erzeugen (das Zehnfache der Leistung des Curiosity-Rover auf dem Mars). Ich nehme an, dass es auch eine ständige Sichtlinie zur Erde und daher eine ständige Kommunikation haben könnte. Ein Rover in einem ewig beschatteten Krater allein hat davon nichts. Ich frage mich, ob es praktisch wäre, einen Rover mit einem solchen stationären Lander mit einem Kabel für die Stromversorgung und Kommunikation mit und Echtzeit-Teleoperation von der Erde zu verbinden?

Der Rover müsste das gesamte Kabel tragen und abwickeln, oder es müsste von der Station gezogen werden. Wenn der Rover in einer Kurve zurückdreht, müsste das Kabel zurückgespult oder gezogen werden. Das Ziehen eines Kabels bedeutet, dass es an Felsen hängen bleibt. Und der Mondboden könnte elektrostatisch sein und die Stromversorgung und Kommunikation im Kabel stören. Klingt ein kabelgebundener Rover nach einer guten Idee, oder wären die Masse und der Aufwand mit dem Kabel schlimmer als Kommunikationssatelliten und große Batterien oder RTG (die ziemlich teure Alternativen sind)?

Ich stelle mir vor, dass, nachdem der erste Vermessungsrover Gold gefunden hat, ein schwerer Extraktionsrover in der Nähe der Energie-/Kommunikationsstation präzise landen und sein eigenes Kabel daran anschließen könnte. Wurde von all den nicht realisierten Plänen für die Weltraumforschung so etwas vorgeschlagen und analysiert?

Sie brauchen kein Kabel. Solange der Rover in Sichtweite bleiben kann, kann er den Lander auf dem Kamm als Relais verwenden, und der Lander kann Mikrowellen verwenden, um Energie zum Rover zu strahlen.
@Mark Adler Ist das wirklich eine ausgereifte Technologie, Strahlungsleistung in Mikrowellen? Verhindert hier die Erdatmosphäre eine Nutzung oder warum wird dies in unserem Alltag nicht praktiziert? Zum Beispiel als Telefonladegerät hasse ich es, dieses Kabel zu verwalten. Ist es vielleicht gefährlich für Leute, die sich in den Weg stellen?
@LocalFluff Wenn Sie es nicht auf mögliche Menschen und andere Wildtiere testen müssen, die zwischen den beiden Enden im Weg stehen, dann ja, es ist eine ausgereifte Technologie.
Ja, es war 1975 ausgereift. 30 kW wurden über eine Meile mit einem Wirkungsgrad in der Größenordnung von 50 % übertragen. Die Erdatmosphäre ist kein wesentlicher Faktor für die Effizienz – im Vakuum wäre sie ungefähr gleich. Bei der Stromübertragung sieht man das nicht, weil der Wirkungsgrad im Vergleich zu Drähten und Transformatoren so gering ist. Sie sehen es nicht auf Mobiltelefonen, da Sie zwei kleine Antennen mit hoher Verstärkung benötigen würden, die sich gegenseitig verfolgen. Sie werden sehr bald induktives Laden von Handys sehen, bei dem Sie das Ding einfach auf eine Ladefläche legen.
@ Mark Adler Ladepads, ja, die habe ich gesehen. Sie sind möglicherweise nützlich, aber aus noch unbekannten Gründen sind sie praktisch unbequem, zumindest für einen Durchschnittsverbraucher wie mich, der sie nicht findet, wenn und wo sie gebraucht werden. Und Sie sagen, dass die Effizienz von Mikrowellen schlecht ist? Wie ist das also im Vergleich zu einem Rover, der einfach einen Draht auf den Mond legt, der ihn mit einem Photovoltaik-Kraftwerk im ewigen Sonnenlicht verbindet?
50 % sind sehr gut für die Anwendung, nach der Sie fragen. In der folgenden Antwort finden Sie einige der Gründe, warum ein Kabel für einen Rover eine wirklich schlechte Idee ist. Ein Kabel könnte für eine kurze Traverse eine sehr steile Klippe hinunter nützlich sein, in diesem Fall würde das Kabel auch mechanische Unterstützung bieten.
Beachten Sie, dass die Übertragung normalerweise zwischen stationären Objekten gemeint ist. Es ist eine schlechte Idee, es auf einen sich bewegenden Rover in unwegsamem Gelände zu beamen. Nicht nur wegen der Verluste, sondern weil schlechtes Zielen Mikrowellen im Wert von mehreren Watt direkt in die Elektronik einbringt. OTOH, wenn der Rover ziemlich mobil wäre (nicht nur mehrere Meter pro Tag, sondern wie das "Auto", das von der Apollo-Crew benutzt wurde, könnte er die stationäre Basis als Ladestation verwenden, a'la "Roomba".
@MarkAdler Vielen Dank für Ihre informativen Kommentare, die Licht auf ein Thema werfen, über das ich mich gewundert habe. Um die Bedenken von SF zu ergänzen: Würden Mikrowellen die gefrorenen flüchtigen Stoffe in der Nähe des Rovers erhitzen? Eine Lösung könnte eine Rover-Batterie sein. Dann parkt der Rover vielleicht an einem bestimmten Ort, um seine Batterien aufzuladen.
@SF.: Es wäre zwischen stationären Objekten. Rover verbringen die meiste Zeit damit, sich nicht zu bewegen.
Wenn die Mikrowellen einen flüchtigen Verlust verursachen (wahrscheinlich schwerer als es sich anhört), kann sich der Rover einfach von dem potenziell gefährdeten Bereich entfernen und seine Untersuchung an einem anderen Ort durchführen. Andererseits können vielleicht die Mikrowellen des Landers verwendet werden, um absichtlich kleine Mengen flüchtiger Stoffe zu verdampfen, und Spektrometer auf dem Rover verwenden, um die Verdunstungen zu untersuchen.
Ich denke, Sie haben Recht, dass volatile Verluste schwieriger sind, als es sich anhört. Lässiges Googeln scheint darauf hinzudeuten, dass Wassereis in einem Vakuum bei etwa 90 K mit einer guten Rate zu sublimieren beginnt. Und die Mondkältefallen haben etwa 40 K. Es würde ein paar Kalorien kosten, um dieses Eis zum Zischen zu bringen.

Antworten (1)

Es gibt mehrere Probleme mit dieser Idee:

  1. Hängenbleiben des Kabels an einem Vorsprung. Sie müssten das Kabel ständig überwachen, um sicherzustellen, dass es nicht hängen bleibt, und / oder beim Fahren sehr vorsichtig sein: Fahren Sie immer auf demselben Weg zurück, den Sie genommen haben, um irgendwohin zu gelangen. Wenn Sie schon einmal versucht haben, den Rasen mit einem Elektromäher zu mähen, wissen Sie, wie nervig das ist.
  2. Mondgestein und -staub sind unglaublich abrasiv. Jede Bewegung des Kabels würde die Isolierung abnutzen. Dazu gehört das Auf- und Abwickeln des Kabels auf einer Aufbewahrungstrommel, sodass dies auch dann passieren würde, wenn Sie sehr darauf achten, das Kabel nicht zu stören.
  3. Gewicht des Kabels. Stromkabel ist dick und schwer. Ich habe ein 16-Ampere-Kabel, das vielleicht 25 m lang ist und ungefähr 7 kg wiegt. Wegen 1. und 2. müssen Sie die Kabeltrommel auf dem Rover installieren, was dem Rover viel Gewicht hinzufügt.

Diese Methode wird manchmal auf der Erde verwendet, zB im Bergbau: Einige Schaufelradbagger sind kabelbetrieben. Der auf dem Bild wiegt etwa 10.000 Tonnen. Schaufelradbagger
Bei diesen Anwendungen steht die Maschine längere Zeit still und während der Bewegung kann das Personal das Kabel im Auge behalten.

Der Rover auf Ihrem Bild könnte etwas größer sein, als ich es von einer ersten Lunar ISRU-Mission erwarten würde. Aber hey, fragen Sie ein milliardenschweres Bergbauunternehmen und sie könnten sagen: Ja, warum nicht eine Mine auf dem Mond bauen? Es wäre billiger als ihr durchschnittliches Bergbauprojekt auf der Erde. Das Budget der NASA ist wie eine Unterteilung ihres täglichen Betriebs.
Das Stromkabel muss nicht schwer sein, wenn eine höhere Spannung und ein niedrigerer Strom verwendet werden. Statt 120 V und 16 A können Sie auch 1,2 kV und nur 1,6 A verwenden.
Der größte Teil des Kabelgewichts dieses 16-A-Kabels steckt bereits in der Isolierung, und ein 1,2-kV-Kabel benötigt mehr davon.
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