Mondsteine ​​aus einem Solarofen

Bis die Person zum Mond zurückkehrt, bleiben bestenfalls die Jahre - der erste bemannte Flug zur Mondorbitalstation Lunar Orbital Platform-Gateway wird frühestens Mitte der 2020er Jahre erwartet, und selbst die ungefähren Daten für den Bau der Mondbasis sind noch unbekannt. Trotzdem müssen wir die Technologien entwickeln, die wir jetzt auf dem Mond brauchen werden, weil sie nicht sofort zur Reife gelangen können. Einer der Orte, an denen solche Technologien entwickelt werden, ist die Raumschiff-EAC-Einheit im Astronautentrainingszentrum der Europäischen Weltraumorganisation, Köln. Dort untersuchen sie seit mehreren Jahren die Möglichkeit, Baumaterial aus Mondregolithen zu gewinnen, Vulkangesteine ​​in einem Hybrid aus einem 3D-Drucker und einem Solarofen zu backen und nicht nur.


3D-Druck der Schutzkuppel der Mondbasis nach Ansicht der Europäischen Weltraumorganisation

Probleme und Ideen

Die Oberfläche des Mondes ist ein unwirtlicher Ort. Ohne Atmosphäre wird sogar ein kleiner Meteor gefährlich, da kein Magnetfeld vorhanden ist, hält nichts die Sonnenstrahlung auf. Sogar die Temperatur stellt die Technologie vor Herausforderungen, da sich die Oberfläche tagsüber auf + 127 ° C erwärmt und nachts auf -173 ° C abkühlt. Brauchen Sie eine Art Schutz. Aber es von der Erde mitzunehmen ist sehr teuer, deshalb wurde zum Beispiel in historischen Projekten von Mondbasen oft vorgeschlagen, sie tiefer zu begraben. Jetzt verfolgt die Europäische Weltraumorganisation einen anderen Ansatz, der im Konzeptvideo 2014 skizziert wird.


Ein selbstfahrender Bulldozer mit einem 3D-Drucker muss den Regolithen mit einer Klinge harken und dann eine Kuppel nach dem Vogelknochenprinzip bilden - mit soliden Strukturelementen, die die Last halten, und großen Volumina, die mit losem Regolithen gefüllt sind. Das Konzept wurde 2013 nicht von Grund auf neu erstellt. Mit einem 3D-Drucker wurden eineinhalb Tonnen der Wand aus einem Simulator aus Mondboden hergestellt.


ESA-Fotos

Nach dem Konzept zu urteilen, befand sich zunächst ein Tank mit einem Reagenz auf dem 3D-Drucker, und die Bildung fester Teile musste chemisch erfolgen. Es werden aber auch andere Optionen in Betracht gezogen.

In der Hitze der Hitze

Da die Sonne die Mondoberfläche so stark erwärmt, kann ihre Lichtenergie direkt genutzt werden, ohne sie in Elektrizität umzuwandeln und wieder in Wärme umzuwandeln.



Auf dem Foto - der Solarofen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln. 147 rotierende Spiegel liefern Temperaturen bis zu 2500 ° C und eine Energiedichte von bis zu 5 Megawatt pro Quadratmeter. Da Europa nicht immer sonnig ist, verfügt der Ofen über eine doppelte Xenonlichtquelle. Im Jahr 2017 wurde dieser Ofen an einen 3D-Drucker angeschlossen, der einen Mondregolithsimulator druckte.


Der Drucker druckte in 0,1 mm-Schichten und erhitzte den Regolith-Simulator auf 1000 ° C. Auf einem 20 x 10 x 3 cm großen Ziegel dauerte es ungefähr fünf Stunden, und das resultierende Material hatte eine Gipshärte.


Draufsicht, ESA-Foto


Seitenansicht

Die resultierenden Steine ​​sind alles andere als ideal - Schichten sind sichtbar, Biegungen (Verwerfungen) sind an den Rändern erkennbar und die Härte ist nicht so groß. Die Ingenieure sind jedoch voller Optimismus - auf der Ebene der experimentellen Überprüfung des Konzepts ist das Problem gelöst, und Verstöße gegen die Geometrie können durch Ändern der Druckgeschwindigkeit bekämpft werden.

Im August 2017 wurde das Konzept eines beweglichen Druckkopfs, für den kein separater Bau eines Solarofens erforderlich ist, erfolgreich auf einem Mondregolithsimulator und normalem Sand getestet.


Das RegoLight-Projekt, in dessen Rahmen dieser Leiter entwickelt wurde, wurde 2015 gestartet und 2017 abgeschlossen, aber im Allgemeinen wurden die Arbeiten natürlich nicht eingestellt.

Guter Simulator

Wie bereits erwähnt, wurden Bauversuche mit lokalen Ressourcen auf einem Mondbodensimulator durchgeführt. Was ist das? Sowohl auf der Erde als auch auf dem Mond können Gesteine ​​vulkanischen Ursprungs gefunden werden. Auf dem Mond werden sie unter dem Einfluss von Temperaturänderungen, Sonnen- und kosmischen Strahlen sowie dem Einfluss von Meteoriten zerstört. Das Ergebnis ist staubiger Sand namens Regolith. Und in der Nähe von Köln gab es vor 45 Millionen Jahren Vulkanausbrüche, die Basalte ausstießen, die ähnlichen Gesteinen vom Mond sehr ähnlich waren. Sie müssen nur zu Staub der erforderlichen Größe gemahlen werden. Unter dem Namen EAC-1 werden sie als Simulator des Mondbodens im Raumschiff EAC verwendet.


Natürlich befanden sich die Felsen auf der Erde und auf dem Mond unter verschiedenen Bedingungen, und zum Beispiel konnte der Einfluss von Sauerstoff keine Spuren hinterlassen. Zufällig ausgewählte Steine ​​haben nur eine grobe Ähnlichkeit, und Sie müssen sowohl Mond- als auch Erdgesteine ​​erkunden, um die Qualität des Simulators zu verbessern. Zum Beispiel hat Mondstaub eine elektrische Ladung. Um ähnliche Eigenschaften des Simulators zu reproduzieren, wurden die Partikel noch mehr gemahlen, sie hatten enge elektrostatische Eigenschaften, verloren jedoch die Oberflächeneigenschaften, so dass die Arbeit fortgesetzt werden sollte.

Eine weitere Eigenschaft des Regolithen ist seine extrem hohe Abrasivität. Im Gegensatz zu den terrestrischen Bedingungen gab es auf dem Mond keine Erosionsprozesse, die die Oberfläche glätten würden, und ein echtes Mondkorn sieht ungefähr so ​​aus.


ESA-Fotos

Solche scharfen und kleinen Partikel sind nicht nur für die Technologie gefährlich, sondern auch für Menschen - alle 12 Astronauten, die auf der Mondoberfläche laufen, stellten eine „Mondallergie“ fest - Halsschmerzen, Augen, laufende Nase, Niesen, die einige Tage später vergingen. Für Menschen, die wochen- und monatelang an der Oberfläche arbeiten, kann Schleifstaub eine direkte Gefahr für die Gesundheit darstellen, Lungenzellen schädigen und sich im ganzen Körper, sogar im Gehirn, ausbreiten. Und auch hier leistet der Simulator bisher schlechte Arbeit - beim mechanischen Schleifen von Vulkangesteinen entsteht Sand mit einer polierten Oberfläche, die Produktionsmethoden des Simulators müssen verbessert werden.

Der Mondregolith hat jedoch einige potenziell vorteilhafte Eigenschaften. Zum Beispiel enthält es bis zu 40% Sauerstoff, der theoretisch extrahiert und verwendet werden kann. Im Allgemeinen kann keine langfristige Besiedlung des Mondes (oder des Mars, es spielt keine Rolle) ohne die Verwendung lokaler Ressourcen auskommen. Und Studenten, die jetzt bei Spaceship EAC arbeiten, können die Implementierung auf einem ernsthaften technologischen Niveau sehen, was zu den laufenden Experimenten führte.