Why were NASA's Mars rovers not equipped with solar panels?
Die meisten waren es.
Sojourner, 1997
Spirit 2004
Opportunity, 2004. Der gute alte 'Oppy hält immer noch den Rekord für die am längsten andauernde Mission auf dem Mars mit 15 Erdenjahren Dienstzeit sowie die herzzerreißendste Nachricht, die je von einem Roboter gesendet wurde ("Meine Batterie ist leer und es wird dunkel").
Die letzten beiden Rover, Curiosity 2012 und Perseverance 2021, verwenden keine Solarzellen, aber dafür gibt es einen sehr guten Grund.
Hier sehen wir alle drei Generationen der NASA-Marsrover, beginnend mit dem winzigen Sojourner im Vordergrund und endend mit Curiosity auf der rechten Seite. Aufmerksamen Lesern wird ein eindeutiger Trend in Bezug auf die Größe auffallen.
Es sind die Unterschiede in Größe und Masse, die die technischen Anforderungen an die Stromversorgung des Rovers verändern. Wenn die Nutzlast winzig ist, kommt es auf jedes Gramm an, und wenn es um die maximale Leistung pro Kilogramm geht, sind Solarzellen der König. Nichts kommt auch nur annähernd an die Wattleistung pro Masseneinheit heran, die aktuelle Solarpaneele liefern können. Aus diesem Grund findet man sie als Stromquelle für alles, von Nanosatelliten bis hin zur ISS.
Das ist perfekt, wenn man sich in der Umlaufbahn befindet und Zugang zu zuverlässigem Sonnenlicht hat, aber es wird problematisch, wenn man einen Marsrover mit Saft versorgen will. Der Rover braucht Batterien mit ausreichender Speicherkapazität, um nicht nur den Rover-Computer über Nacht "am Leben" zu erhalten, sondern auch energiehungrige Heizungen, die verhindern, dass die kalten Marsnächte die empfindlichen Innereien beschädigen. Wenn dann noch ein paar Staubstürme auf dem Mars hinzukommen, sind die Sonnenkollektoren plötzlich nicht mehr so effektiv und die Batterien haben Mühe, sich jeden Tag wieder aufzuladen. Das ist der Grund für den Ausfall von Opportunity und für die letzte traurige Nachricht von Opportunity.
Was aber, wenn man das Startsystem vergrößert und einen viel größeren Rover landet? Plötzlich haben die Ingenieure viel mehr Spielraum, und es ergeben sich neue Möglichkeiten. Die NASA baut schon seit Jahren nuklearbetriebene Energiequellen. Der Grund, warum die Voyager-Sonden eine so lange Lebensdauer hatten, ist die Tatsache, dass sie RTGs (Radioisotope Thermoelectric Generator) zur Energiegewinnung nutzen, bei denen es sich einfach um eine "heiße" Quelle von zerfallenden Isotopen handelt, die ein heißes Ende an eine Reihe von Thermoelementen abgeben, die eine Spannung erzeugen.
RTGs sind jedoch sehr ineffizient und liefern in der Regel nur einige hundert Watt Leistung für eine Masse von hundert Kilogramm. Im Vergleich zu Solarzellen sind sie schrecklich, selbst Haushaltspaneele liefern 1500 W pro 100 kg. Vor diesem Hintergrund klingen RTGs wie eine schreckliche Lösung, aber sie haben zwei große Vorteile. RTGs produzieren eine Menge Abwärme, die sehr nützlich ist, um das Innere des Rovers schön warm zu halten und energiehungrige Heizungen einzusparen, und zweitens laufen sie rund um die Uhr, unabhängig von Staubstürmen oder Tag-/Nachtzyklen.
Wenn du den Luxus hast, mehr als eine Tonne Masse auf die Oberfläche zu bringen, dann kannst du RTGs als Energiequelle in Kombination mit einer kleinen Batterie verwenden, die dir Flexibilität bei der Steuerung deines Energiebedarfs gibt. Aus diesem Grund verzichten die beiden neuesten Rover auf Solarzellen und nutzen stattdessen den markanten Insektenschwanz, den das RTG an der Rückseite der Rover bildet.