JAXA und Honda beginnen mit einer Durchführbarkeitsstudie über ein kreislaufgesteuertes erneuerbares Energiesystem
Ermöglichung nachhaltiger Weltraumaktivitäten durch Schaffung einer Umgebung, die menschliches Leben im Weltraum ermöglicht.
Satigny, 14. Juni 2021 – Die japanische Raumfahrtbehörde (JAXA) und Honda R&D Co., Ltd. (Honda) gaben heute den Plan bekannt, eine gemeinsame Durchführbarkeitsstudie über ein „kreislaufgesteuertes erneuerbares Energiesystem“ im Weltraum zu beginnen, das Sauerstoff, Wasserstoff und Elektrizität für menschliche Vorposten und Mondfahrzeuge liefern soll. JAXA und Honda haben gemeinsam Forschungen an diesem System durchgeführt, um eine Umgebung im Weltraum zu schaffen, in der sich Menschen über einen längeren Zeitraum aufhalten und Aktivitäten durchführen können.
Für das Leben im Weltraum benötigen Menschen neben Wasser und Nahrung auch Sauerstoff sowie Wasserstoff als Treibstoff und Elektrizität für verschiedene Aktivitäten. Eine der Lösungen, um diese im Weltraum ohne auf Nachschub von der Erde angewiesen zu sein, zu erhalten, ist die Schaffung eines kreislaufgesteuerten erneuerbaren Energiesystems, das ein Wasser-Elektrolyse-System mit hohem Differenzdruck, das Sauerstoff und Wasserstoff mit Hilfe von Sonnenenergie erzeugt, und ein Brennstoffzellensystem, das aus Sauerstoff und Wasserstoff Elektrizität und Wasser erzeugt, kombiniert.
Auf der Grundlage dieses Konzepts unterzeichneten JAXA und Honda im November 2020 eine gemeinsame Forschungsvereinbarung über drei Geschäftsjahre (inklusive dem japanischen Geschäftsjahr 2022), um die Erforschung des kreislaufgesteuerten erneuerbaren Energiesystems für den Einsatz auf der Lunar Orbital Platform-Gateway (Gateway) und auf der Mondoberfläche unter Verwendung von Hondas Wasser-Elektrolyse mit hohem Differenzdruck und Brennstoffzellentechnologien zu verfolgen.
Während JAXA in dieser gemeinsamen Forschung die Studienbedingungen gemäss den Szenarien und Anforderungen für Missionen im Zusammenhang mit der Produktion von Sauerstoff auf der Gateway und der Stromversorgung von Mondfahrzeugen auf der Mondoberfläche auf der Grundlage der bisherigen Untersuchungen entwickelt hat, hat Honda technologische Studien durchgeführt, um die von JAXA festgelegten Missionen und Szenarien umzusetzen.
Im laufenden Geschäftsjahr (jap. GJ 2021) werden JAXA und Honda unter Verwendung der Prototypen mit der Durchführbarkeitsstudie beginnen, die sich mit den Aspekten zu den Komponententechnologien des kreislaufgesteuerten erneuerbaren Energiesystems befasst, die im Rahmen der im letzten Geschäftsjahr durchgeführten Forschung festgestellt wurden. JAXA und Honda planen, die Ergebnisse der diesjährigen Studie im nächsten Geschäftsjahr (jap. GJ 2022) in die Bewertung der Realisierbarkeit des gesamten Systems einfliessen zu lassen.
Kommentare der Führungskräfte von JAXA und Honda:
SASAKI Hiroshi, JAXA Vizepräsident und Generaldirektor der Abteilung für bemannte Raumfahrttechnologie: „Basierend auf der Entscheidung der japanischen Regierung, am Artemis-Programm teilzunehmen, hat JAXA an der Missionsentwicklung und an Systemstudien zur Realisierung einer umfassenden Monderkundung gearbeitet. Sauerstoff, Wasserstoff und Elektrizität sind für menschliche Aktivitäten im Weltraum unerlässlich. Die Realisierung eines kreislaufgesteuerten erneuerbaren Energiesystems wird es uns ermöglichen, diese Anforderungen im Weltraum zu erfüllen, ohne auf Nachschub von der Erde angewiesen zu sein. Es wird erwartet, dass dies unsere Aktivitäten im Weltraum enorm erweitern wird. Wir möchten bei dieser Studie stetige Fortschritte erzielen, indem wir die jeweiligen Stärken von Honda und JAXA nutzen.“
TAKEISHI Ikuo, Chief Operating Officer, Exzellenzzentrum für innovative Forschung – Zentrum für Antriebseinheiten & Energie, Honda R&D Co., Ltd: „Honda ist bestrebt, eine lebenswerte und nachhaltige Gesellschaft zu verwirklichen und den Menschen weltweit die Freude an der Erweiterung ihres Lebenspotenzials zu vermitteln – auf dem Boden, im Meer, in der Luft und im Weltraum. Durch diese gemeinsame Forschung nehmen wir die Herausforderung an, unsere bisherigen Technologien zu nutzen und die Sphäre der menschlichen Besiedlung in den Weltraum auszudehnen, was das menschliche Potenzial erweitern wird. Da das kreislaufgesteuerte erneuerbare Energiesystem zudem einen wichtigen Beitrag zur CO2-Neutralität auf der Erde leisten wird, werden wir unsere Technologien in der ultimativen Umgebung des Weltraums verfeinern und unsere Errungenschaften dann auf die Erde zurückführen.“
Über das kreislaufgesteuerte erneuerbare Energiesystem
Das kreislaufgesteuerte erneuerbare Energiesystem kombiniert ein Wasser-Elektrolyse-System mit hohem Differenzdruck und ein Brennstoffzellensystem und ist für die kontinuierliche Produktion von Sauerstoff, Wasserstoff und Elektrizität aus Sonnenenergie und Wasser ausgelegt.
Genauer gesagt nutzt das Wasser-Elektrolyse-System mit hohem Differenzdruck Solarenergie und elektrolysiert Wasser, um Sauerstoff und Wasserstoff zu erzeugen. Der Sauerstoff wird für die Menschen auf den Vorposten verwendet, und der Wasserstoff dient als Treibstoff für Transfer-Raumfahrzeuge, die auf dem Mond landen und von dort aufsteigen werden. Der Sauerstoff und der Wasserstoff werden auch vom Brennstoffzellensystem verwendet, um Elektrizität für die Vorposten und Mondfahrzeuge auf der Mondoberfläche zu erzeugen.
Das von Honda entwickelte Wasser-Elektrolyse-System mit hohem Differenzdruck benötigt keinen Kompressor, um den Wasserstoff zu verdichten. Dadurch ist es kompakt und leicht und trägt zur Verringerung der Nutzlast und der Masse bei, was eine grosse Herausforderung im Raumtransport darstellt.
Honda arbeitet schon seit vielen Jahren an der Erforschung und Entwicklung von Wasserstofftechnologien. Im Jahr 2002 begann Honda als erstes Unternehmen weltweit mit dem Leasingverkauf von Brennstoffzellenfahrzeugen. Darüber hinaus hat Honda intelligente Wasserstofftankstellen entwickelt und installiert, die seine Wasser-Elektrolyse-Systeme mit hohem Differenzdruck nutzen. Gemeinsam mit JAXA wird sich Honda bemühen, ein kreislaufgesteuertes erneuerbares Energiesystem zu realisieren, indem die Wasserstofftechnologien, die Honda bis heute gesammelt hat, genutzt werden.
Über Szenarien der internationalen Weltraumforschung und der Monderkundung
Die Erweiterung menschlicher Aktivitäten auf den Mond und dann auf den Mars erfordert nachhaltige und realisierbare Pläne für die Erforschung des Weltraums. In den frühen 2000er Jahren entstand in den USA und bei unseren anderen internationalen Partnern eine Diskussion über Pläne für die Erforschung des Weltraums durch Menschen. Im Jahr 2018 bestätigte das 2. Internationale Forum für Weltraumforschung (ISEF2)*1, das vom japanischen Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT) ausgerichtet wurde und an dem Vertreter von mehr als 40 Ländern und Organisationen teilnahmen, dass die Erkundung von Mond, Mars und dem Rest des Sonnensystems ein weithin gemeinsames Ziel ist und daher eine nachhaltige Forschung der Schlüssel sei.
Die Internationale Koordinierungsgruppe für Weltraumforschung (ISECG)*2, deren Mitglieder mittlerweile 26 Raumfahrtagenturen sind, diskutiert eine Roadmap für international koordinierte Weltraumforschung. JAXA analysiert kontinuierlich die Szenarien für die internationale Weltraumforschung in Verbindung mit den Diskussionen in der ISECG. Im Oktober 2019 beschloss die japanische Regierung, sich am Artemis-Programm zu beteiligen, einem von den USA vorgeschlagenen internationalen Programm zur Erforschung des Weltraums, und begann mit der Koordinierung der japanischen Beiträge.
In Übereinstimmung mit dieser Regierungspolitik hat JAXA Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit dem folgenden Ziel durchgeführt: 1) Technologien und Ausrüstungen, bei denen Japan führend ist, für die Lunar Orbital Platform-Gateway (Gateway) zur Verfügung zu stellen, das mit Blick auf die Erforschung des Mars und darüber hinaus gebaut wird, und 2) die Gateway mit einem völlig neuen Frachtversorgungsraumschiff (HTV-X auf Basis des H-II Transfer Vehicle (HTV) für die Versorgung der Internationalen Raumstation) zu beliefern.
Auf der Mondoberfläche will JAXA mit dem Smart Lander for Investigating Moon (SLIM), der eine punktgenaue Landetechnik demonstrieren soll (geplant für das jap. GJ 2022), und der Mission zur Erkundung des Mondpols, die die Verteilung von Wasser in der Mondpolarregion erforschen soll (geplant für das jap. GJ 2023), zur Schaffung der Grundlagen für eine nachhaltige Monderkundung beitragen. Darüber hinaus forscht die JAXA an einem bemannten Mondfahrzeug mit Druckausgleich als Transportmittel zur Unterstützung der Erforschung der Mondoberfläche in den späten 2020er Jahren und darüber hinaus.
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*1 Das 2. Internationale Forum für Weltraumforschung (ISEF2) : https://www.mext.go.jp/isef2/index.html
*2 Die Internationale Koordinierungsgruppe für Weltraumforschung (ISECG): https://www.globalspaceexploration.org/
(Als Referenz)
Szenarien zur internationalen Weltraumforschung aus Japan (Vorschlag) 2019 (Kurzversion):
https://www.exploration.jaxa.jp/assets/img/news/pdf/scenario/EZA-2019001_SES.pdf (nur auf Japanisch)
Szenarien zur internationalen Weltraumforschung aus Japan (Vorschlag) 2019 (Vollversion):
https://www.exploration.jaxa.jp/assets/img/news/pdf/scenario/EZA-2020001_S.pdf (nur auf Japanisch)