Solarmodule: Schutzschirm für die Weltraumforschung

So wie enge Paare ihren Jahrestag feiern, jährt sich im Mai dieses Jahres die „intime Begegnung“ des chinesischen Raumfahrtprogramms mit dem Mars zum ersten Mal. Heute hat der Rover Zhurong fast zwei Kilometer auf dem Mars zurückgelegt, eine große Menge an Beobachtungsdaten übermittelt und ist auf viele interessante Dinge gestoßen, wodurch der „Funke“ für Chinas Weltraumforschung auf dem Mars und sogar auf anderen Planeten entzündet wurde.

Als Nachfolger von Tianwen-1 befindet sich die Asteroidensonde Tianwen-2 in der Prototypen-Entwicklungsphase und wird umfangreichen Tests unterzogen. Der Start ist für 2025 geplant. Die Erforschung kleiner Himmelskörper ist ein Bereich, der im chinesischen Raumfahrtprogramm noch nicht umfassend erforscht ist. Mithilfe des flexiblen Solarflügels, einem „Schutzschirm“ für die Erforschung des Weltraums, wird Tianwen-2 Begleitmissionen zu erdnahen Asteroiden durchführen und Proben zurückbringen. Die Mission könnte bis zu zehn Jahre dauern. Man kann sagen, dass flexible Solarflügel dazu beitragen werden, die globale Wettbewerbsfähigkeit der Luft- und Raumfahrttechnologie meines Landes zu verbessern.

Auf der chinesischen Raumstation installierte Solarmodule (Bildnachweis: China Manned Spaceflight Office)

Öffentlichen Informationen zufolge besteht die Sonde Tianwen-2 aus einer Hauptsonde und einer Rückkehrkapsel. Das Hauptstromversorgungssystem der Hauptsonde ist ein einzigartig konstruierter, kreisförmiger, flexibler Solarflügel, der einem großen, geöffneten Regenschirm ähnelt. Die Forscher entschieden sich für diese spezielle „Schirm“-Konfiguration, um das Risiko zu verringern, dass herkömmliche Solarmodule bei der weichen Landung der Sonde den Boden berühren.

„Tianwen-2“ verfügt über eine Doppelflügelstruktur, wobei die Fläche eines einzelnen Flügels 17 Quadratmeter erreicht. Einer der Gründe, warum es so große Solarflügel trägt, sind die ehrgeizigen Missionsziele. Nachdem Tianwen-2 die Asteroiden-Proben- und Rückführungsmission abgeschlossen hat, wird die Hauptsonde höchstwahrscheinlich weiter in den Weltraum fliegen. Da die Menge des einfallenden Sonnenlichts im Laufe dieses Prozesses immer geringer wird, müssen die Solarflügel gezielt vergrößert werden.

Der Solarflügel ist ein wahrer „Schutzschirm“, der während der Erkundung des Weltraums kontinuierlich Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt, die das Flugzeug kontinuierlich nutzen kann. Wie wir alle wissen, verbreitet sich im Weltraum eine große Menge ununterbrochener Sonnenenergie, genau wie kabellose WiFi-Ladegeräte, die bei Raumfahrzeugen sehr beliebt sind.

Da eine einzelne Solarzelle den Bedarf im Allgemeinen nicht decken kann, wird ein Stromerzeugungsgerät, das aus in Reihe und parallel geschalteten Solarzellen und zugehörigen Strukturen besteht, als Solarzellenarray bezeichnet. Es ist wie ein „Ernährungsberater“ für das Raumfahrzeug, der ständig Sonnenenergie zu einem „Nährstoffpaket“ „kocht“, das von verschiedenen Geräten direkt aufgenommen werden kann.

Aufgrund von Einschränkungen wie der Raketengröße müssen die Forscher die Solarmodule vor dem Start des Raumfahrzeugs falten oder komprimieren. Im Weltraum werden die Solarflügel ausgestreckt und geöffnet und ihre Richtung wird während des Fluges des Raumfahrzeugs ständig angepasst, um so nah wie möglich an der Sonne zu sein und so eine möglichst effiziente Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Jemand beschrieb es als einen Vogel, der seine Flügel einfaltet, wenn er auf einem Ast ein Nickerchen macht, und dann seine Flügel ausbreitet und durch den Himmel bricht, wenn er hoch fliegt.

Das Ausklappen ist eine Standardaktion, damit die Solarmodule ihren Betrieb aufnehmen können. Die neuen Solarmodule auf der Internationalen Raumstation entfalten sich wie eine Schriftrolle, was erstaunlich ist. Tatsächlich werden Anzahl, Form und Entfaltungsmethode der Solarflügel anhand voreingestellter Funktionen im Voraus bestimmt.

Das Substrat des flexiblen Solarflügels ist sehr flexibel und hat eine sehr geringe Dicke, die im Allgemeinen 0,5 mm nicht überschreitet. Sein größter Vorteil ist das geringere Volumen und das geringere Gewicht im zusammengeklappten Zustand. Natürlich sind auch die Technik und der Aufbau komplexer.

Derzeit betragen die Kosten für den Start einer 1-Kilogramm-Nutzlast mit einer inländischen Rakete etwa 50.000 bis 100.000 Yuan. Flexible Solarflügel gleicher Fläche sind über 20 % leichter als starre Solarflügel. Mit der Entwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie wird sogar eine Gewichtsreduzierung von über 40 % erwartet, wodurch die Startkosten erheblich gesenkt werden können.

Chinesische Rakete startet ins All (Foto: Wang Jiangbo)

In Zukunft wird mit sinkenden Kosten und zunehmenden technologischen Durchbrüchen die funktionale Positionierung des Solarflügel-„Schirms“ immer klarer werden und mehr Fantasie und Entwicklungsspielraum für die Erforschung ferner außerirdischer Planeten bieten.