Wie könnte ein schneller, leistungsstarker Rover auf dem Mars elektrisch angetrieben werden?

Eine bisher nicht erwähnte Option sind Solarstromsatelliten. Eine große Antenne im Orbit könnte einen engen, leistungsstarken Mikrowellenstrahl auf den Rover fokussieren. Aus einer niedrigen Marsumlaufbahn (300 km) könnte eine 1-km-Antenne Mikrowellen mit einer Wellenlänge von 1 cm auf ein 3-m-Ziel fokussieren. Sie sollten elektronisch gesteuert werden, um ein schnelles und genaues Schwenken zu ermöglichen. Sie möchten mehrere dieser Orbiter haben, mit etwa 20 bis 30 Minuten Abdeckung von jedem Orbiter pro Tag. Sie könnten höhere Umlaufbahnen mit mehr Abdeckung für längere Zeit pro Umlaufbahn eintauschen. Bei aerosynchronen Umlaufbahnen wird die Antennengröße jedoch lächerlich (oder die verschwendete Leistung wird übermäßig).

Stellen Sie sicher, dass die Maschendrahtantenne den gesamten Rover abdeckt, damit der Strahl weder den Rover noch seine Insassen verbrennt. Und stellen Sie sicher, dass der Strahl nicht auf Sie gerichtet ist, wenn Sie außerhalb des Rovers herumlaufen.

Der limitierende Faktor bei Rovern ist jetzt die Stromerzeugung während der Fahrt. Übrigens existiert das gleiche Problem im Kerbal Space Program und wurde von Andy Weir in "The Martian" behandelt. Das Problem ist, dass Sie entweder Strom erzeugen oder sich bewegen können, aber es ist schwierig, beides gleichzeitig zu tun. Es gibt einige Möglichkeiten, dieses Problem zu überwinden.

Der beste Weg ist, während der Ruhezeit große Mengen Strom zur Verfügung zu haben (z. B. Solarpanels einzusetzen) und regelmäßig Pausen einzulegen. Dies ist für aktuelle Mars-Rover nicht machbar, da sich das Ein- und Ausfahren von Solarmodulen im Laufe der Zeit als schwierig erweisen würde.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Stromerzeugung auf das Fahrzeug während der Fahrt zu beschränken. Es gibt 3 Möglichkeiten, dies zu tun, nämlich Solaranlagen mit festen Panels wie Opportunity, die wenig Strom produzieren, aber nichts bereitstellen müssen. Zweitens können Sie ein RTG-System (basierend auf radioaktivem Zerfall) wie Curiosity haben. Sie sind nicht sehr beliebt beim Starten (da sie radioaktives Material enthalten), haben einen schwierigen Brennstoff zu produzieren und produzieren mit der Zeit eine feste Menge an Strom (etwas schwankend, basierend auf der Hintergrundtemperatur). Ohne hohes Gewicht können Sie mit einem davon niemals eine hohe Leistung erzielen. Als nächstes könnten Sie ein Kernkraftwerk haben. Diese sind sehr unbeständig, ich kann mir nicht vorstellen, sie ferngesteuert zu bedienen, und sie sind ziemlich groß. Dies könnte für einen sehr großen Rover funktionieren (denken Sie beispielsweise an die Größe des Crawlers), ist aber kurzfristig nicht realisierbar. Außerdem würde dies wahrscheinlich mit irgendeiner Form des Einsatzes besser funktionieren, um die Hitze zu reduzieren. Schließlich könnte man ein kraftstoffbasiertes System bauen, das die Abgase auffängt. Wenn Sie nicht genug Treibstoff mitbringen können, um nützlich zu sein, ist dies ein schwieriger Prozess. Im Wesentlichen funktioniert dies wie eine effiziente Batterie. Beachten Sie, dass der Auspuff aufgefangen werden könnte, um Kraftstoff neu zu bilden. Robert Zubrin schlägt in „The Case for Mars“ vor, Methan/Sauerstoff zu verwenden und das Abgas für eine spätere Wiederaufbereitung aufzufangen.

Fazit ist, ohne mehr Kraft können Sie sich nicht sehr schnell bewegen. Und Energie ist eine schwierige Sache, besonders bei unbemannten Fahrzeugen. Ich glaube, ein bemanntes Fahrzeug mit einem einsetzbaren Solarzellensystem (wie es zum Beispiel in The Martian verwendet wird) wäre der beste Weg, um schnell zu fahren. Ich glaube, dass der mit Methan betriebene Verbrennungsmotor von Robert Zubrin der effektivste Weg wäre, den Strom aus den Solarzellen zu speichern. Mit einem solchen System könnten Sie mit einer angemessenen Geschwindigkeit fahren, sagen wir 5 bis 10 Meilen pro Stunde, was für einen so unbekannten Ort wahrscheinlich am besten ist. Ich kann mir vorstellen, dass man auch schneller fahren könnte, wenn man wollte, es geht nur darum, Sicherheit und Effizienz gegen Geschwindigkeit einzutauschen.

Atomkraft ist für Fahrzeuge nicht machbar. Es gab in der Vergangenheit einige Bemühungen, aber nichts, was auch nur annähernd brauchbar war.
Der kleinste mir bekannte Kernreaktor ist das ELENA -Design (immer noch ein Konzept), das 100 kWe produziert und 235 Tonnen wiegt. Ein U-Boot-Kraftwerk wiegt etwa 1000 Tonnen und produziert etwa 50 MWe.

Aber ich glaube nicht, dass Leistung das Haupthindernis bei der Erhöhung der Höchstgeschwindigkeit eines Rovers ist. Die autonome Navigation ist ein schwieriges Problem, und das Fahren mit niedriger Geschwindigkeit verringert das Unfallrisiko.

Wie könnten wir die Effizienz von Solarzellen in Fahrzeuggröße steigern? Ein Ansatz könnte ein orbitaler Konzentrationsspiegel sein. Diese wurden gelegentlich auf der Erde vorgeschlagen, aber auf der Erde ist es viel billiger, nur einen großen Solarpark zu bauen. Für eine Marsmission ist es tatsächlich einfacher, Dinge in den Orbit zu bringen, als sie auf den Boden zu bringen. Es ist schwierig, es auf ein sich bewegendes Fahrzeug zu richten, aber nicht unmöglich, wenn Sie sich reibungslos in einer geraden Linie bewegen. Für stationäre Bohrarbeiten wäre es sicherlich sinnvoll.

Verschiedene Organisationen versprechen immer wieder kompakte Thorium-Reaktoren, und Lockheed Martin behauptet sogar, an der Kernfusion zu arbeiten. Wenn es eines davon in die kommerzielle Produktion schafft, könnten sie gute Optionen sein.

Aber es lohnt sich zu überlegen, wie viel Geschwindigkeit sicher ist. Neugier hat nach und nach Radschäden angehäuft. Die Felsen sind scharf, da es kein richtiges Wetter gibt, um sie zu glätten. Je schneller Sie fahren, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit eines lähmenden Unfalls.

Das Folgende stammt aus Wikipedias Kilopower: .

Ein tatsächlicher 1-10 kW kleiner, in sich geschlossener Kernreaktor mit eingebauten Stirling-Stromrichtern zur Abgabe elektrischer Energie.

Sie sind sehr kompakt (sogar mit Berücksichtigung der Strahlungskühlrippen), billig und zuverlässig.

OK, ich lüge bezüglich dieses zweiten Attributs. Wie bei allem Nuklearen kommt billig nicht in die Nähe des Geräts. Ich denke, billig hat eine einstweilige Verfügung, um immer 1 Meile entfernt zu bleiben.

Aber sie scheinen ein Mittel zu bieten, um sehr zuverlässig rund um die Uhr, gut für etwa 10-15 Jahre, kontinuierliche Stromversorgung bereitzustellen.

Die 10-kW-Einheit wiegt etwa 1500 kg, einschließlich Reaktor, Stromrichter, Kühlsystem usw. Es befindet sich in einem Paket mit einer Grundfläche von etwa 4 m ² , von denen 80 % nur der „Schirm“ der Strahlungskühlung ist.

Die 10-kW-Einheit gibt etwa 40 kW Heizwärme ab, was an einem kalten Ort wie dem Mars zwar sehr praktisch sein könnte, aber immer noch zu viel ist und aktiv gekühlt werden muss.

Ja, 1500 kg allein für die Stromquelle sind nicht so toll. Aber mit 10 kW elektrisch und 40 kW thermisch wird es einem etwas größeren Rover ermöglichen, viel energieintensivere Aufgaben durchzuführen, wie z. B. tatsächliches Bohren, Hochleistungsexperimentpakete usw.

Die 110 W, mit denen der Perseverance-Rover zu kämpfen hat, sind sehr schwach und reichen gerade noch für seinen mageren Energiebedarf aus. Und tatsächlich, unangemessen für die Bedürfnisse des Rovers, da er ständig die Energie zwischen den Systemen rationieren muss und einfach keine anständige Temperatur aufrechterhalten kann, außer für die wichtigsten Systeme.

Außerdem muss zwischen Spitzen- und Durchschnittsleistung unterschieden werden. Wenn Sie Ihrer mobilen Einheit nur ausreichend große Batterien geben, erhält sie eine beträchtliche Spitzenleistungskapazität, um sich schnell zu bewegen oder andere energiehungrige Dinge zu tun.

Curiosity muss aufgrund seiner Mission seine Radioisotopen-Energiequelle zusammen mit seinen Batterien mitschleppen, aber für viele der Dinge, die Sie erwähnen, wird dies nicht erforderlich sein. Es wird durchaus möglich sein, eine große stationäre Energiequelle (entweder Solar- oder Kernenergie, es gibt wirklich keine anderen kurzfristigen Optionen) zu haben, die mehrere Mobilitätsplattformen auflädt.

Batterien, aber auch regenerative Brennstoffzellen eignen sich hervorragend, um die Stromquelle vom Einsatzort zu entkoppeln.

Mars Direct von der Mars Society/Robert Zubrin haben vorgeschlagen, ISRU (In Situ Resource Utilization) zu verwenden, um Methan und Sauerstoff zu produzieren, um einen großen, schnelleren bemannten Rover mit Verbrennungsmotor anzutreiben. Sie schlugen auch Landemodule innerhalb der Reichweite des Rovers vor, um Backup-Möglichkeiten zu ermöglichen. Dh wenn es ein zweites Rückholfahrzeug zur Erde für die nächste Mission innerhalb der Reichweite des entfernten Rovers gibt, gibt es ein Backup-Rückkehrfahrzeug für die aktuelle Besatzung.

Eine Basisstation mit Solarenergie für den Prozess der Methan-/Sauerstofferzeugung, die als Tankstelle fungiert, könnte eine Möglichkeit sein, zu Rovern mit höherer Leistung auf dem Mars zu gelangen. Schließlich würden Skalierungsprobleme ins Spiel kommen, da der Rover auf einen Radius beschränkt wäre, der der Hälfte der Reichweite des Rovers entspricht.

Ein Kernreaktor könnte sich in der Nähe der Basis befinden; begraben, wie in Kim Stanley Robinsons „Red Mars“. Dann könnte eine Route ausgewählt werden, die nahe oder direkt an ausgewählten Untersuchungsorten vorbeiführt. Es könnte ein Mittel ausgewählt werden, um Strom vom Reaktor zum Fahrzeug zu leiten, während es die Hauptstrecke entlang fährt, wodurch Strom für einen recht schnellen, aber sicheren Antrieb bereitgestellt wird, während gleichzeitig die Batterien des Rovers voll aufgeladen werden.

Wenn der Rover einen Ausgangspunkt entlang der Hauptroute erreichte, ging die Besatzung einfach auf interne Stromversorgung und beendete ihre Mission, kehrte zur Hauptroute zurück, um zur Basis zurückzukehren.

Es scheint mir, dass die Größe und / oder Anzahl der Batterien ein viel geringerer einschränkender Faktor wäre, als sich auf Solarenergie zu verlassen. Es könnte ein Fahrzeug geschaffen werden, das problemlos eine 3- oder 4-köpfige Besatzung plus eine großzügige Ausrüstungs- und Versorgungsliste für ausgedehnte Missionen transportieren würde, und dies mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit, zumindest auf dem Teil, der auf der präparierten, elektrifizierten Hauptstraße gefahren wird. Eine Reihe dieser elektrifizierten Straßen könnte geschaffen werden, um alle Missionsanforderungen zu erfüllen. Entlang dieser Straßen könnte auch eine Reihe von Hilfskernkraftwerken errichtet werden, um die Sicherheit durch Redundanz zu gewährleisten und auch Außenposten mit Strom zu versorgen.

Die Auswahl der vergrabenen Kernkraftwerke ist eine Selbstverständlichkeit. Mit Millionen von verfügbaren und zuverlässigen Watt wird alles viel einfacher.

Abgesehen davon, wäre es nicht eine großartige Idee, Kim Stanley Robinsons Trilogie in drei große Kinofilme zu verwandeln, wenn wir uns darauf vorbereiten, das Programm wirklich zu starten. KSR würde die Idee lieben, denke ich, und die Bilder würden dazu beitragen, weltweite Unterstützung und Interesse an dem Programm zu wecken.

Abschließend möchte ich sagen, dass ich zwar „Der Marsianer“ und andere Filme über die Reise zum Mars geliebt habe, aber sie beinhalten alle eine Art Katastrophe und den Kampf, den Schaden zu reparieren und zur Erde zurückzukehren. Das eigentliche Programm würde wahrscheinlich die Landung mehrerer Nutzlasten vor Menschen und den umfangreichen Einsatz von Robotik vor unserer Ankunft umfassen, um die Baustelle vorzubereiten, nach Wasser zu bohren, Ausgrabungen und Tunnelarbeiten sowie einige Bauarbeiten durchzuführen. Die eigentliche Ankunft auf dem Mars wäre fast Routine, wären da nicht die außergewöhnlichen Hoffnungen und Emotionen, die mit dem Ereignis verbunden sind.

Natürlich wird es wahrscheinlich eine, vielleicht zwei "Einzelereignis"-Landungen geben, ob erfolgreich oder nicht, die dem obigen Ereignis vorausgehen, aber der langsame, vollständige Anflug ist meiner Meinung nach der beste.

Ein "schneller" Mars-Rover, womit Sie, glaube ich, Autogeschwindigkeiten meinen? Es gibt drei potenzielle Stromversorgungen – Solarladung mit Hochleistungsbatterie – Nuklearelektrischer Antrieb, entweder RTG, das eine Batterie auflädt, oder Reaktor, der einen Generator antreibt. - Luftunabhängiger sauerstofftragender Antrieb (AIP) Betrachten Sie U-Boote, die Brennstoffzellen oder einen Motor mit einem an Bord befindlichen Oxidationsmittel verwenden.