Ett laserljus som lyste genom mörkret kan driva robotutforskning av de mest lockande platserna i vårt solsystem:de permanent skuggade kratrarna runt månens poler, tros vara rik på vattenis och andra värdefulla material.

ESA:s Discovery &Preparation-program finansierade designen av ett lasersystem för att hålla en rover försörjd med ström på upp till 15 km bort medan den utforskar några av dessa mörka kratrar.

På månens högsta breddgrader, solen står lågt vid horisonten året runt, kastar långa skuggor som håller sjunkna kratrar fast i permanent skugga, potentiellt på en tidsskala av miljarder år. Data från NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter, Indiens Chandrayaan-1 och ESA:s SMART-1 orbiters visar att dessa "permanent skuggade regioner" är rika på väte, tyder starkt på att vattenis kan hittas där.

Förutom att ha vetenskapligt intresse, denna is skulle vara värdefull för månkolonister, som en källa till dricksvatten, syre för andning, samt en källa till vätgasraketbränsle. Men för att veta säkert krävs att man går in i dessa förmörkade kratrar och borrar.

Varje rover som prospekterar de skuggade områdena skulle behöva klara sig utan solenergi, samtidigt som de kämpar med temperaturer jämförbara med Plutos yta, ner till –240°C, bara 30 grader över den absoluta nollpunkten.

"Standardförslaget för en sådan situation är att utrusta rovern med kärnkraftsbaserade radioisotop termoelektriska generatorer, " kommenterar ESA:s robottekniker Michel Van Winnendael. "Men detta ger upphov till komplexitetsproblem, kostnad och termisk hantering – rovern kan värmas upp så mycket att prospektering och analys av isprover faktiskt blir opraktisk.

"Som ett alternativ, denna studie tittade på att utnyttja ett laserbaserat kraftsystem, inspirerad av markbaserade laserexperiment för att hålla drönare drivna och flyga i timmar i sträck."

10-månaders PHILIP, "Att driva rovers med högintensiv laserinduktion på planeter, " Kontraktet ingicks för ESA av Italiens Leonardo-företag och Rumäniens nationella institut för forskning och utveckling för optoelektronik, kommer med en komplett laserdriven design för utforskningsuppdrag.

Detta inkluderade att välja en plats för uppdragslandern, i en nästan permanent solbelyst region mellan Sydpolens de Gerlache- och Shackleton-kratrar. Denna lander skulle vara värd för en soldriven 500-watts infraröd laser, som den skulle hålla tränad på en 250 kg rover när den kom in i de skuggade områdena.

Rovern skulle omvandla detta laserljus till elektrisk kraft med en modifierad version av en vanlig solpanel, med fotodioder på sidorna av panelen som håller den låst på lasern ner till centimeters noggrannhet.

Studien identifierade rutter som skulle ta rovern nedåt i en relativt svag 10 graders lutning samtidigt som den hölls i landarens direkta siktlinje. Laserstrålen kan användas som en tvåvägskommunikationslänk, med en modulerande retroreflektor monterad på den andra av roverns solpaneler, skickar signalpulser i ljus som reflekteras tillbaka till landaren.

Att vägleda projektkraven, ESA har tidigare utfört fälttester på natten på månliknande Teneriffa för att simulera roveroperationer i permanent skugga.

Michel tillägger:"Med PHILIP-projektet avslutat, vi är ett steg närmare att driva rovers med lasrar för att utforska månens mörka delar. Vi är i det skede där prototyper och tester kan börja, genomförs av uppföljande ESA-teknikprogram."