Aufgaben für die Mondbasis

Im vorherigen Artikel haben wir darüber gesprochen, wie die NASA eine Gateway-Station im Orbit des Mondes bauen wird und welche Funktionen sie ausführen kann. Im Rahmen des Artemis-Programms werden derzeit nur Landungen in Betracht gezogen, doch im globalen Sinne sollte der Bau einer Mondbasis der nächste logische Schritt sein. Hier werden wir herausfinden, welche Aufgaben es lösen wird, wie es gebaut werden kann und welche Vorteile es bringen kann.


Mondbasis, präsentiert vom Künstler der Europäischen Weltraumorganisation

Platzieren

Im Gegensatz zu Expeditionen, die theoretisch überall landen können, ist die Standortwahl für eine dauerhafte Besiedlung sehr wichtig. Die Vorteile werden genutzt und die Nachteile müssen jahrelang bestehen bleiben. Und die Parameter der Mondumlaufbahn bestimmen mehrere potenziell interessantere Orte für die Basis.



Die Stangen. Aufgrund der Tatsache, dass die Rotationsachse des Mondes fast senkrecht zur Ekliptik verläuft, gibt es an den Polen beide Bereiche, die fast konstant beleuchtet sind, und Orte, an denen das Sonnenlicht überhaupt nicht einfällt. Beleuchtete Bereiche sind offensichtliche Kandidaten für die Platzierung von Sonnenkollektoren für die Mondbasis, und in den Bereichen der ewigen Nacht befindet sich Wassereis direkt auf der Oberfläche und eignet sich am besten zur Gewinnung und Verwendung auf der Farm. Die interessantesten Orte befinden sich am Südpol: der Malapert-Gipfel, der zu 74% des Mondjahres von der Sonne beleuchtet wird, und der Shackleton-Krater, der sich in der Zone der ewigen Nacht befindet.


Südpol des Mondes, JAXA-Bild

Interessant: Die Mondoberfläche erwärmt sich tagsüber auf 127 ° C und kühlt sich nachts auf -173 ° C ab. Die Expeditionen des Apollo ergaben jedoch, dass sich die Temperatur in einer Tiefe von mehr als einem halben Meter praktisch nicht ändert. Bereits in einer Tiefe von 50 cm zeigten die Messungen -24 ° C und am Ende der 120 cm Sonde betrug die Temperatur -16 ° C. Trotzdem zieht das Wassereis deutlich in Richtung der Pole und kommt dort in viel größeren Mengen vor.

Äquatorialglied. Das Glied ist der Rand der Mondscheibe, von der Erde aus gesehen. Aufgrund der Tatsache, dass der Mond auf einer Seite zur Erde gedreht ist, kombiniert die Extremitätenregion die Vorteile der sichtbaren Seite (ständige Kommunikation ohne die Notwendigkeit von Repeatern) und der umgekehrten (es gibt keine terrestrischen Funkstörungen, die Radioteleskope ernsthaft stören). Und anders als die Pole ermöglicht der Äquator astronomische Beobachtungen der gesamten Himmelssphäre. Bei der NASA galten der Schubert-Krater in der Smith-See am östlichen Rand und der Riccioli-Krater im Westen als potenziell interessante Orte für die Mondbasis.


Smith Sea, Blick von der Erde

Aufbau

Mondbasis, NASA-Illustration

Die Mondbasis wird die erste menschliche Siedlung auf einem anderen Himmelskörper sein. Vielleicht wird es eines Tages mit Erfahrung typische Lösungen für verschiedene Planeten und Satelliten geben, aber bis jetzt sind die besten Wege unbekannt, und die Vorstellungskraft der Designer lässt eine Vielzahl von Optionen entstehen, die ihre Vor- und Nachteile haben.

Wie unterscheidet sich das Leben auf dem Mond von unserer gewöhnlichen Erde? Der Mangel an Atmosphäre führt nicht nur zur Notwendigkeit von Raumanzügen. Die Erdatmosphäre schützt uns vor Meteoriten und kosmischer Strahlung. Daher schlagen viele Projekte von Mondbasen den Schutz vor beiden gefährlichen Faktoren vor. Die Optionen können sehr unterschiedlich sein - es wurde vorgeschlagen, die Basismodule in Gräben zu verlegen oder einen Tunnel in die Kraterwand zu graben und die Basis in künstlich geschaffenen Höhlen zu platzieren. Sie können auch ein Dach aufbauen und Regolith darauf gießen. Gleichzeitig gab es auch Projekte von freistehenden Modulen, deren Schutz durch konstruktive Lösungen gewährleistet werden sollte.

Das Problem der stationären Basis ist außerdem, dass die Umgebung schnell genug erkundet werden kann und Expeditionen immer weiter gehen müssen, um neue Daten für die Forschung zu sammeln. Es wurde auch vorgeschlagen, dieses Problem auf verschiedene Arten zu lösen. Die naheliegende Lösung besteht darin, Ihrem Ausrüstungssatz Geländefahrzeuge hinzuzufügen. Aber es gab originellere Optionen, als sie die Basis mobil machen wollten, in Form von Straßenzügen oder sogar riesigen Kettenfahrzeugen.


Das Projekt der Mondbasis des frühen 21. Jahrhunderts

Die Technologie des 21. Jahrhunderts wirkte sich natürlich auf die Projekte der Mondbasen aus. Das 2014 veröffentlichte Projekt der Europäischen Weltraumorganisation sieht sehr gut aus und verkörpert eine Vielzahl potenziell erfolgreicher Ideen. Zunächst wird die Basis vor Ort mit minimaler menschlicher Beteiligung errichtet. Dies ist von Vorteil, da es relativ einfach ist, Roboter von der Erde aus zu steuern, Sie ohne unnötige Eile bauen können und die Leute zu einem bereits vorbereiteten Ort fliegen. Die zweite Idee ist die Verwendung von umwandelbaren Modulen, die in zusammengeklapptem Zustand geliefert, aufgeblasen und von außen mit Regolith bedeckt werden. In der Tat ist es bei lokalen Baumaterialien logisch, sie zu verwenden und nicht alles mit sich zu führen. Die dritte Idee ist die aktive Nutzung des 3D-Drucks im Bauwesen. Die Außenschale des Sockels in Form einer tragenden Wand, die auf einem 3D-Drucker gedruckt wird, ist viel besser als die Idee, nur Regolith über die Module zu gießen. 2013 wurde bei der ESA eine eineinhalb Tonnen schwere Wand aus einem Mondbodensimulator gedruckt. Es ist merkwürdig, dass es unter Weltraumbedingungen möglich ist, direkt schmelzenden Regolith durch Sonnenstrahlen zu drucken, und solche Experimente wurden in den letzten Jahren durchgeführt. 2017 hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln gedruckt und den Regolithen auf 1000 ° C erhitzt. Ebenfalls im Rahmen des RegoLight-Projekts wurden Prototypen von mobilen Druckköpfen erfolgreich getestet. 2019 veranstaltete die NASA einen 3D-Druckwettbewerb für Gebäude, die für den Mond oder den Mars geeignet waren.

Die Aufgaben

Was wird die Mondbasis tun? Einige potenziell interessante Richtungen sind bereits erkennbar.

Zunächst wird die Menschheit lernen, auf einem anderen Himmelskörper zu leben. Die Menschen sind nicht die Ersten, die unfreundliche Regionen erforschen. In der Antike haben sich Vertreter des Homo Sapiens von der kalten Arktis bis zu den polynesischen Inseln verbreitet und überall Technologien für ein Leben unter neuen Bedingungen geschaffen. Gleichzeitig sind die Lebensbedingungen auf dem Mond und dem Mars ziemlich ähnlich, und die für die Mondbasis entwickelten Technologien können zur Besiedlung des roten Planeten eingesetzt werden. Gleichzeitig gibt es Schwierigkeiten, die nur der Mond hat. Der Aufprall der Erdatmosphäre und sogar des Mars führte zur Erosion von Steinen, Sandkörnern, die aneinander gerieben und glatter wurden. Und Mondgesteine ​​bestehen aus einem Material mit extrem hohen Abriebeigenschaften. Mondstaub ist so stachelig, dass alle 12 Astronauten, die im Apollo-Programm auf der Oberfläche landeten, von einer „Mondallergie“ berichteten - Halsschmerzen, Augenschmerzen, laufende Nase und Niesen, die nur wenige Tage später auftraten. Für Menschen, die längere Zeit an der Mondoberfläche arbeiten, wird der allgegenwärtige Staub zu einer ernsthaften Bedrohung - er kann das Lungengewebe schädigen und theoretisch sogar in die Blutbahn gelangen und andere Organe verletzen, sogar das Gehirn. Abrasiver Mondstaub sollte auch für bewegliche Teile von Mechanismen schwierig sein. Wie gravierend dieser Effekt sein wird, muss in der Praxis überprüft werden, da die vorhandenen Regolithsimulatoren noch nicht gut genug sind - der Mondstaub ist elektrisch geladen, und die Simulatoren auf der Basis von gemahlenem Basalt, die derzeit hergestellt werden, weisen ähnliche elektrostatische Eigenschaften oder Oberflächeneigenschaften auf. Auch beim mechanischen Schleifen von Gesteinen zur Erzeugung eines Mondbodensimulators entsteht Staub mit weitaus geringeren Abriebeigenschaften als der Mondstaub.


Automatische Sauerstoffanlage auf dem Mond, eines der Projekte der NASA-Basis

Außerdem können Sie auf der Grundlage des Himmelskörpers Möglichkeiten untersuchen, wie Sie lokale Ressourcen nutzen können. Neben der oben bereits gezeigten Nutzung des Bodens für den Bau sind auch andere Optionen möglich. Lunar Regolith enthält 42% Sauerstoff, 21% Silizium, 13% Eisen, 7% Aluminium. Es ist sehr wünschenswert zu lernen, wie diese Materialien extrahiert und verwendet werden. Dies schließt auch Arbeiten zur Schaffung geschlossener lebenserhaltender Systeme ein. Je mehr Materialien und Geräte nicht von der Erde geliefert, sondern vor Ort hergestellt werden, desto näher rückt die Entwicklung des Mars und anderer Himmelskörper.

Die dritte mögliche Rolle der Mondbasis ist die Logistik. In Abwesenheit der Atmosphäre ist es möglich, Trägerraketen zu bauen und Nutzlasten mit einer Gaußschen Kanone oder einer Railgun (elektromagnetische Massenbeschleuniger) in die Umlaufbahn zu bringen. Aber welche Art von Fracht? Leider hat die Gewinnung von Helium-3 auf dem Mond im Gegensatz zu vielen fantastischen Arbeiten keine wirtschaftliche oder physikalische Bedeutung. Zunächst wird Helium-3 auf natürliche Weise beim Zerfall von Tritium gebildet, das wiederum in Atomwaffen verwendet wird. Im Jahr 2010 wurde der weltweite jährliche Verbrauch von Helium-3 auf 40.000 Liter geschätzt. In den letzten Jahren lag der Preis zwischen Hundert und Tausend Dollar pro Liter, während die Gewinnung von Helium-3 auf dem Mond und seine Lieferung auf die Erde ein Vielfaches mehr kosten wird. Zweitens ist es einfacher, Gold aus dem Grundschlamm des Roten Meeres abzubauen - es gibt 5 Gramm Gold pro Tonne Schlamm, und die Menge an Helium-3 im Mond-Regolith wird auf 1 Gramm pro 100 Tonnen geschätzt . Und schließlich erfordert die Variante der Kernfusionsreaktion mit Helium-3 eine viel höhere Temperatur als Deuterium-Tritium, weshalb die Umsetzung viel schwieriger ist - vorhandene Materialien können der Temperatur der Deuterium-Tritium-Reaktion nicht lange standhalten und kommen darüber hinaus nicht mit der Option zurecht mit Helium-3. Gleichzeitig ist die wirtschaftliche Bedeutung der Mondbasis potenziell möglich . Kraftstoff zum Betanken von Raumfahrzeugen kann jedoch eine nützliche Fracht sein. In der Wüste ist Wasser viel wertvoller als Gold, und in der Leere ist die Kraftstoffversorgung eines der wertvollsten Dinge. Und das System kann theoretisch sehr effektiv sein, wenn das Raumschiff vor dem Flug zu anderen Planeten an einer Mondstation andockt und auf dem Mond gewonnenen Kraftstoff tankt.


Der gemeisterte Mond, Rahmen aus dem Spiel Anno 2205. Im Spiel wird nur die Mondbasis für die Gewinnung von Helium-3 gebaut

Und schließlich wird die Mondbasis wissenschaftliche Daten sammeln. Die Geologie des Mondes ist sehr interessant, da es immer noch Streitigkeiten über die Herkunft unseres Satelliten gibt. Die Hypothese einer gigantischen Kollision, bei der die Proto-Erde mit einem Himmelskörper von der Größe des Mars kollidierte, wird bisher am besten durch Fakten bestätigt. Aber es gibt auch Tatsachen, auf die diese Hypothese schlecht reagiert, und parallel dazu gibt es andere Versionen: dass sich der Mond von der sich schnell drehenden Proto-Erde trennt oder dass sich beide Himmelskörper parallel bilden. Möglicherweise ist der Mond auch das Ergebnis einer Kollision vieler Protolunen oder eines Meteoritenbeschusses. Die Mondbasis ermöglicht es Ihnen, Daten über die Geologie des Mondes zu sammeln und möglicherweise eine der Hypothesen als relevant für die beobachteten Fakten zu bestätigen. Sehr interessant ist auch das Ergebnis der milliardenjährigen Exposition gegenüber Vakuum und Sonnenstrahlung auf den Felsen des Mondes. Zusätzlich zur Geologie sind Mondbedingungen für astronomische Beobachtungen günstig - das Radioteleskop kann durch eine natürliche Barriere vor Störungen von der Erde geschützt werden, das optische Teleskop funktioniert unter idealen Bedingungen ohne atmosphärische Störungen und Röntgen- und Langwellen-Teleskope werden nicht durch die Atmosphäre blockiert. Darüber hinaus werden einzigartige Eigenschaften die Arbeit von Boden- und Mondteleskopen im Interferometermodus ermöglichen. Mit einem Abstand von etwas mehr als einer Lichtsekunde zwischen der Erde und dem Mond können Sie Teleskope mit einer einzigartigen Auflösung erstellen. Wenn Sie im Spectre-R-Interferometer-Modus auf vergleichbaren Entfernungen arbeiten, waren Sie tausendmal schärfer als im Hubble-Modus. Das Mondfunkteleskop weist ähnliche Eigenschaften auf, und im optischen Bereich können Sie einen Komplex erstellen, der 60-mal schärfer als der übliche Boden ist.

Fazit

Trotz der Tatsache, dass die Mondbasis eine Frage nicht ferner Zukunft bleibt, ist jetzt ungefähr klar, wofür sie gedacht ist, und es wird bereits daran gearbeitet, Technologien zu entwickeln, die darauf angewendet werden.

Material für die Zeitschrift "Universe, Space, Time" , erschienen in der Autorenausgabe.