Noch vor Ablauf dieses Jahrzehnts plant die NASA, zum ersten Mal seit der Apollo-Ära Astronauten zum Mond zu schicken und ein nachhaltiges Programm zur Monderkundung zu etablieren. Um sicherzustellen, dass zukünftige Mondmissionen kosteneffektiv und nicht vollständig von der Erde abhängig sind, sucht die NASA nach Möglichkeiten, Mondressourcen – von Wassereis bis hin zu sauerstoffreichem Regolith – zu nutzen, um den Bedarf ihrer Astronauten zu decken.
Dieser Vorgang, bekannt als In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) ist ein wesentlicher Bestandteil der Pläne der NASA, den Mond in den kommenden Jahren zu erforschen, sowie ihrer langfristigen Pläne, Astronauten zum Mars zu schicken. Um ihnen bei der Bewältigung dieser Herausforderung zu helfen, hat die NASA kürzlich 10 Vorschläge durch seine Innovationsforschung für kleine Unternehmen (SBIR) und Technologietransfer für kleine Unternehmen (STTR) Programm zur Entwicklung von ISRU-bezogenen Technologien.
Diese zehn Konzepte wurden ausgewählt für Phase I Entwicklung im Rahmen der 2020 Solicitation des SBIR- und STTR-Programms (aus insgesamt 409 Technologievorschlägen). Dieses Programm (in Zusammenarbeit mit den vielen Missionsdirektionen und -zentren der NASA) wirbt jedes Jahr um Ideen aus dem kommerziellen und akademischen Sektor für Technologien, die den vorrangigen Missionsbedarf der NASA decken.
Während sich SBIR auf Vorschläge von Kleinunternehmen konzentriert, sucht STTR nach Vorschlägen von gemeinnützigen Forschungsinstituten, die mit Kleinunternehmen zusammenarbeiten. In diesem Jahr wurden sechs Vorschläge von ersteren und vier von letzteren ausgewählt, die alle 125.000 US-Dollar für die nächsten 6 bis 13 Monate erhalten, um ihre Konzepte weiterzuentwickeln.
Als Jim Reuter, stellvertretender Administrator für NASAs Missionsdirektion Raumfahrttechnologie (STMD), sagte in einem kürzlich veröffentlichten NASA-Presseerklärung :
„Die NASA ist bei der Entwicklung innovativer Technologien, die uns dabei helfen, unsere vielfältigen Aufgaben zu erfüllen, von Amerikas kleinen Unternehmen abhängig. Ob wir Artemis-Astronauten auf dem Mond landen, Rover zum Mars schicken oder Flugzeuge der nächsten Generation entwickeln, unsere kleinen Geschäftspartner spielen eine wichtige Rolle.“
Im Einklang mit den NASA-Zielen für Projekt Artemis , konzentrieren sich diese Vorschläge hauptsächlich auf die Gewinnung und Verarbeitung von Wassereis aus Mondregolith, um Sauerstoffgas, Trinkwasser und sogar Raketentreibstoff herzustellen. Neben der Verwendung von lokalem Regolith zur Herstellung von Baumaterialien ist dieses ISRU-Konzept der Schlüssel zuArtemisund alle Pläne der NASA zur Erkundung jenseits des Low Earth Orbit (LEO).
Aus diesem Grund schauen die NASA und andere Weltraumbehörden auf den Mond Südpol-Aitken-Becken als Standort für die Schaffung einer Mondbasis. In dieser Region ist bekannt, dass sie reichlich Wassereis hat, das in dieser permanent beschatteten Region (PSR) sicher in Kratern versteckt ist. Nachdem sie die erste bemannte Mission nach Apollo zur Mondoberfläche ( Artemis III ) beabsichtigt die NASA, die Artemis-Basislager in dieser Region.
Infografik zur Entwicklung der Mondaktivitäten auf der Oberfläche und im Orbit. Bildnachweis: NASA
Für Phase I werden Unternehmen und gemeinnützige Organisationen beauftragt, detaillierte Studien zu ihrem Vorschlag zur Prüfung durch die NASA durchzuführen. Zu den sechs von SBIR ausgewählten Vorschlägen gehören die Wärmemanagementsystem für Mondeisbergleute (TMSLIM) eingereicht von dem in Pennsylvania ansässigen Unternehmen Advanced Cooling Technologies, Inc. , in Zusammenarbeit mit Honeybee-Robotik (HBR).
Dieser Vorschlag besteht aus einem robusten Wärmemanagementsystem (TMS) für Eisbergbau-Rover, das von einem Radioisotopen-(nuklearen) Generator angetrieben wird. Ihr System würde die Abwärme dieses Reaktors nutzen, um Wasserdampf aus eisigem Regolith zu sublimieren und dann die lokale Temperaturumgebung als Wärmesenke zu nutzen, um ihn in einem Behälter wieder einzufrieren. Dieser Prozess, so sagen sie, würde die erforderliche Energie für die Eisextraktion und die Dampfsammlung minimieren.
Es gibt auch die Solar-Konzentrator-Sauerstoffreaktor mit kontinuierlicher Beheizung und Extrusion von Regolith (SCORCHER) vorgeschlagen von dem in Colorado ansässigen Unternehmen Blauverschiebung (DBA-Outward-Technologien). Ihr Vorschlag verwendet proprietäre konzentrierte Solarenergie (CSP)-Technologie, um einen kontinuierlichen Zufuhrreaktor zu schaffen, der Mond-Regolith auf 2.200 ° C (3992 ° F) erhitzt, um Sauerstoff zu extrahieren und Schlacke für Baumaterialien zu produzieren.
Die Paragon Space Development Corporation (mit Sitz in Tucson, Arizona) wurde ausgewählt, um die Entwicklung ihrer ISRU Collector of Ice in a Cold Lunar Environment (ICICLE) Vorschlag. Dieses System besteht aus einer Kühlfalle, die Wasser sammelt und reinigt – durch selektives Ausfrieren und Sammeln von Wasserdampf – das aus den PRSs um die Mondpole extrahiert wird.
Bild, das die Verteilung des Oberflächeneises am Südpol (links) und Nordpol (rechts) des Mondes zeigt, die vom Moon Mineralogy Mapper-Instrument der NASA erfasst wurde. Credits: NASA
Ein weiterer bemerkenswerter Vorschlag ist der Sierra Lobo Lunar Ice Mining mit einem wärmeunterstützten Schneidwerkzeug (SLICER) von einem in Ohio ansässigen Entwickler Bergwolf . Das SLICER-Konzept erfordert einen Heat-Assisted Cutter (HAC) zum Ausheben und Bearbeiten von eishaltigem Regolith aus dem Mondboden. Dieses Werkzeug soll nach ihrem Vorschlag von „konventionellen Oberflächenrovern oder in einer Konfiguration ähnlich einer Tunnelbohrmaschine“ verwendet werden.
Sierra Lobo hat sich auch mit dem in Alabama ansässigen Luft- und Raumfahrtunternehmen zusammengetan Dynetics einen wiederverwendbaren Mondlander zu produzieren fürProjekt Artemis. Bereits im April gab die NASA bekannt, dass das Design eines von drei (neben SpaceX und Blue Origin) war, die einen Auftrag vergeben durch die Verwaltung NextSTEP-2 Programm (im Wert von insgesamt 967 Millionen US-Dollar).
Unter den vier von STTR ausgewählten Vorschlägen befindet sich der Standards für unreine Treibmittel , eine Technologie zur Herstellung von Treibstoffen, die von einem in Tennessee ansässigen Unternehmen entwickelt wurde Gloyer-Taylor Laboratories (GTL) und die Weltrauminstitut der Universität von Tennessee (UTSI). Dieses Gerät wird verwendet, um die Reinheit der Mondressourcen zu bestimmen, um sicherzustellen, dass lokal produzierte Kraftstoffe sicher und effektiv sind.
Unternehmen mit Sitz in Connecticut Präzisionsverbrennung, Inc. (PCI) und die University of Connecticut wurden ebenfalls für ihr neues Brennstoffzellendesign ausgewählt. Bekannt als Druck- und kältetoleranter Festelektrolyt mit hoher Stromdichte für Reaktanten in Treibgasqualität , diese Brennstoffzelle verwendet eine Festelektrolyttechnologie, die es ihr ermöglicht, in der extremen Kälte einer Mondumgebung zu funktionieren.
Illustration von Artemis-Astronauten auf dem Mond. Credits: NASA
Die Phase-I-SBIR-Verträge haben eine Laufzeit von 6 Monaten, während die Phase-I-STTR-Verträge eine Laufzeit von 13 Monaten haben. Jene Vorschläge, die es in Phase II (Prototypenentwicklung) schaffen, erhalten 750.000 US-Dollar an zusätzlichen Mitteln, um über einen Zeitraum von zwei Jahren Proof-of-Concept-Prototypen zu erstellen. Als NASA SBIR/STTR-Programmleiterin Jenn Gustetic genannt :
„Eine Auszeichnung der Phase I ist nur der erste Schritt, um diesen kleinen Unternehmen zu helfen, ihre Technologien und Ideen auf den Markt zu bringen. Wir wissen, dass diese Unternehmen nicht nur Finanzmittel, sondern auch Unternehmensberatung und Branchenkenntnisse benötigen, um bessere Produkte zu entwickeln und zu wachsen. Unser Programm zielt darauf ab, jedem von ihnen auf ihrem Weg zur Kommerzialisierung zu helfen.“
Alles in allem wird die NASA dieses Jahr 51 Millionen US-Dollar über das SBIR- und STTR-Programm investieren, um Technologien zu entwickeln, die ihnen helfen, Astronauten zum Mond zurückzubringen. AußerhalbArtemis, werden die innovativen Konzepte, die aus dieser Investition resultieren, auch Missionen zum Mars und anderen Zielen im Sonnensystem erleichtern.
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