Wir leben in einer Welt, in der wichtige Entscheidungen von Menschen oft ohne Voraussicht getroffen werden. Aber einige Dinge sind vorhersehbar, einschließlich der Tatsache, dass wenn Sie eine endliche Ressource kontinuierlich verbrauchen, ohne sie zu recyceln, wird sie irgendwann aufgebraucht.
Doch wenn wir uns wieder zum Mond begeben, werden wir all unsere schlechten Gewohnheiten mitbringen, einschließlich unseres Drangs nach hemmungslosem Konsum.
Seit der Entdeckung von 1994Wassereis auf dem Mond von der Raumsonde ClementineEs herrschte Aufregung über die Aussicht auf eine Rückkehr zum Mond. Dies folgte zwei Jahrzehnte der Flaute nach dem Ende von Apollo, einer Unwohlsein, die symptomatisch für einen zugrunde liegenden Mangel an Anreiz zur Rückkehr war.
Dieses Wasser hat alles verändert. Die Wassereisablagerungen befinden sich an den Polen des Mondes, versteckt in den Tiefen von Kratern, die für immer ohne Sonnenlicht sind.
Seitdem haben wir, nicht zuletzt aufgrund der Internationalen Raumstation ISS, fortschrittliche Techniken entwickelt, die es uns ermöglichen, Wasser und Sauerstoff mit hoher Effizienz zu recyceln. Dies macht den Wert der Versorgung mit lokalem Wasser für den menschlichen Gebrauch dürftiger, aber wenn die menschliche Bevölkerungauf dem Mond wächst, so dass die Nachfrage wächst. Was also tun mit dem Wasser auf dem Mond?
Es gibt zwei häufig vorgeschlagene Antworten: Energiespeicherung mit Brennstoffzellen und Brennstoff und Oxidationsmittel für den Antrieb. Auf Ersteres kann leicht verzichtet werden: Brennstoffzellen recyceln ihren Wasserstoff und Sauerstoff beim Wiederaufladen durch Elektrolyse, mit sehr geringer Leckage.
Energie und Kraftstoff
Der zweite – derzeit die wichtigste Daseinsberechtigung für den Abbau von Wasser auf dem Mond – ist komplexer, aber nicht zwingender. Es ist erwähnenswert, dass SpaceX verwendet ein Methan/Sauerstoff-Gemisch in seinen Raketen, sie benötigen also kein Wasserstoff-Treibmittel.
Es wird also vorgeschlagen, eine kostbare und endliche Ressource abzubauen und zu verbrennen, genau wie wir es mit Erdöl und Erdgas auf der Erde getan haben. Die Technologie zum Abbau und zur Nutzung von Ressourcen im Weltraum hat einen technischen Namen: In-situ-Ressourcennutzung.
Und während Sauerstoff auf dem Mond nicht knapp ist rund 40 Prozent der Mineralien des Mondes bestehen aus Sauerstoff, Wasserstoff ist es mit Sicherheit.
Wasser aus dem Mond gewinnen
Wasserstoff ist sehr nützlich als Reduktionsmittel sowie ein Brennstoff. Der Mond ist ein riesiger Sauerstoffspeicher in seinen Mineralien, aber er benötigt Wasserstoff oder ein anderes Reduktionsmittel, um freigesetzt zu werden.
Zum Beispiel ist Ilmenit ein Oxid von Eisen und Titan und ist ein häufiges Mineral auf dem Mond. Erhitzen auf etwa 1.000 C mit Wasserstoff reduziert es auf Wasser, Eisenmetall von dem eine eisenbasierte Technologie genutzt werden kann und Titanoxid. Das Wasser kann in Wasserstoff – der recycelt wird – und Sauerstoff elektrolysiert werden; letzterer wird effektiv aus dem Ilmenit freigesetzt. Durch die Verbrennung von Wasserstoff, der aus Wasser gewonnen wird, gefährden wir die Aussichten für zukünftige Generationen: Dies ist der Kern der Nachhaltigkeit.
Aber es tauchen andere, pragmatischere Probleme auf. Wie gelangen wir zu diesen Wassereisressourcen, die in der Nähe der Mondoberfläche vergraben sind? Sie befinden sich in einem im wahrsten Sinne des Wortes feindlichen Gelände, in tiefen Kratern, die vor Sonnenlicht verborgen sind – neinSonnenenergie ist verfügbar – bei Temperaturen um 40 Kelvin oder -233 °C. Bei solchen kryogenen Temperaturen haben wir keine Erfahrung mit der Durchführung umfangreicher Bergbauarbeiten.
Gipfel des ewigen Lichts sind Berggipfel in der Region des Südpols, die nahezu konstantem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Ein Vorschlag des Jet Propulsion Lab der NASA sieht vor Strahlen des Sonnenlichts von riesigen Reflektoren, die sich auf diesen Gipfeln befinden, in Krater.
Diese riesigen Spiegel müssen von der Erde transportiert, auf diesen Gipfeln gelandet und aus der Ferne installiert und gesteuert werden, um die tiefen Krater zu beleuchten. Dann können sich Roboter-Bergbaufahrzeuge in die jetzt beleuchteten tiefen Krater wagen, um das Wassereis mit der reflektierten Sonnenenergie zu bergen.
Wassereis kann zur Rückgewinnung durch direkte thermische oder Mikrowellenerwärmung zu Dampf sublimiert werden - aufgrund seiner hohen Wärmekapazität wird dies viel Energie verbrauchen, die von den Spiegeln geliefert werden muss. Alternativ kann es physikalisch ausgegraben undanschließend bei kaum mäßigeren Temperaturen geschmolzen.
Mit dem Wasser
Nach der Rückgewinnung des Wassers muss es in Wasserstoff und Sauerstoff elektrolysiert werden. Um sie zu speichern, sollten sie für ein minimales Lagertankvolumen verflüssigt werden.
OLH2/LOX muss unter Beibehaltung seiner niedrigen Temperatur an seinen Verwendungsort transportiert werden.
So, jetzt haben wir unsere Treibstoffvorräte, um Zeug vom Mond zu starten.
Dies erfordert eine Startrampe, die sich am Äquator des Mondes befinden kann, um maximale Flexibilität beim Start in jede Orbitalneigung zu gewährleisten, da ein polarer Startplatz auf polare Starts beschränkt ist — nur zum geplanten Mondportal. Eine Mondstartrampe erfordert eine umfangreiche Infrastrukturentwicklung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die scheinbar einfache Gewinnung von Wassereis aus den Mondpolen eine komplexe Infrastruktur widerlegt, die dafür erforderlich ist. Die Kosten für die Installation der Infrastruktur werden die Kosteneinsparungsgründe für die Ressourcennutzung vor Ort zunichte machen.
Alternativen zur Extraktion
Es gibt mehr bevorzugte Optionen. Die Wasserstoffreduktion von Ilmenit zu Eisenmetall, Rutil und Sauerstoff bietet die meisten Vorteile der Wassernutzung. Sauerstoff macht den Löwenanteil des LH2/LOX-Gemischs aus. Es erfordert keine große Infrastruktur: thermische Energie kannwerden durch in die Verarbeitungseinheiten integrierte Solarkonzentratoren kleiner Baugröße erzeugt.Jede Einheit kann dort eingesetzt werden, wo sie benötigt wird – lange Wege zwischen Angebot und Nachfrage entfallen.
Daher können wir fast die gleiche Funktion durch einen anderen, leichter erreichbaren Weg zur In-situ-Ressourcennutzung erreichen, der auch durch den Abbau von reichlich Ilmenit und anderen Mondmineralien nachhaltig ist.
Lasst uns nicht die gleichen unhaltbaren Fehler wiederholen, die wir auf der Erde gemacht haben – wir haben die Chance, es richtig zu machen, während wir uns im Sonnensystem ausbreiten.
Alex Ellery, Professor, Canada Research Chair in Space Robotics and Space Technology, Carleton University
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