Es gibt genug Sauerstoff im Mond-Regolith, um Milliarden von Menschen auf dem Mond zu unterstützen
Wenn es um die Zukunft der Weltraumforschung geht, sind eine Handvoll Praktiken für Missionsplaner unerlässlich. An erster Stelle steht das Konzept von In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) und stellt Nahrungsmittel, Wasser, Baumaterialien und andere lebenswichtige Elemente unter Verwendung lokaler Ressourcen bereit. Und wenn es um Missionen für Mond und Mars in den kommenden Jahren geht, ist die Fähigkeit, Eis, Regolith und andere Elemente zu ernten, entscheidend für den Erfolg der Mission.
In Vorbereitung auf die Artemis-Missionen , konzentrieren sich die NASA-Planer darauf, den optimalen Weg zu finden, um Sauerstoffgas (O2) aus dem gesamten elementaren Sauerstoff, der im Oberflächenstaub des Mondes (auch bekannt als Mondregolith) eingeschlossen ist. Eigentlich, aktuelle Schätzungen weisen darauf hin, dass in den oberen zehn Metern (33 Fuß) des Mondregoliths genügend elementarer Sauerstoff enthalten ist, um genügend O . zu erzeugen2für jeden Menschen auf der Erde für die nächsten 100.000 Jahre – mehr als genug für eine Mondsiedlung!
Obwohl der Mond eine sehr dünne Atmosphäre hat, die elementaren Sauerstoff enthält, ist sie so dünn, dass Wissenschaftler den Mond als „luftlosen Körper“ charakterisieren. Aber innerhalb des Mondregoliths, des feinen Pulvers und der Gesteine, die die Oberfläche bedecken, gibt es reichlich Sauerstoff in Mondgestein und Regolith. Dieser auch als „Mondstaub“ bekannte Feinstaub durchdringt die Mondoberfläche und ist das Ergebnis von Milliarden von Jahren des Einschlags von Meteoren und Kometen.
Entsprechend John Grant , Dozent für Bodenkunde an der Southern Cross University, Australien, besteht der Regolith des Mondes zu etwa 45 % aus Sauerstoff. Dieser Sauerstoff ist jedoch in oxidierten Mineralien – insbesondere Siliziumdioxid, Aluminium, Eisen und Magnesium – gebunden. Die isoptische Zusammensetzung dieser Mineralien ist fast identisch mit der der Mineralien auf der Erde, was zu Theorien führte, dass das Erde-Mond-System vor Milliarden von Jahren (auch bekannt als die Giant Impact Hypothese ).
Damit dieser Sauerstoff jedoch von zukünftigen Astronauten und Mondbewohnern verwendet werden kann, muss er aus all dem Regolith gewonnen werden, der eine erhebliche Menge Energie benötigt, um die chemischen Bindungen aufzubrechen. Auf der Erde wird dieses Verfahren (bekannt als Elektrolyse) häufig zur Herstellung von Metallen verwendet, bei dem geschmolzene Oxide elektrischem Strom ausgesetzt werden, um die Mineralien vom Sauerstoff zu trennen.
In diesem Fall wird das Sauerstoffgas als Nebenprodukt erzeugt, so dass Metalle für Konstruktion und Fertigung hergestellt werden können. Aber auf dem Mond wäre Sauerstoff das Hauptprodukt, während die Metalle als potenziell nützliches Nebenprodukt beiseite gelegt würden – höchstwahrscheinlich für den Bau von Lebensräumen. Wie Grant in einem kürzlich erschienenen Artikel in Die Erhaltung , der Prozess ist unkompliziert, leidet jedoch bei der Anpassung an den Weltraum an zwei Haupthindernissen:
„[I]t ist sehr energiehungrig. Um nachhaltig zu sein, müsste es durch Sonnenenergie oder andere auf dem Mond verfügbare Energiequellen unterstützt werden. Um Sauerstoff aus Regolith zu extrahieren, würde auch eine beträchtliche industrielle Ausrüstung erforderlich sein. Wir müssten zunächst festes Metalloxid in flüssige Form umwandeln, entweder durch Anwendung von Wärme oder Wärme in Kombination mit Lösungsmitteln oder Elektrolyten. Wir haben die Technologie, um dies auf der Erde zu tun, aber diesen Apparat zum Mond zu bringen – und genug Energie zu erzeugen, um ihn zu betreiben – wird eine gewaltige Herausforderung sein.
Die ESA-Mondbasis zeigt ihre Position im Shackleton-Krater. Bildnachweis: SOM/ESA
Kurz gesagt, der Prozess muss viel energieeffizienter sein, um als nachhaltig angesehen zu werden, was durch Solarenergie erreicht werden könnte. Rund um das Südpol-Aitken-Becken könnten Solaranlagen um den Rand der permanent beschatteten Krater herum positioniert werden, um einen ununterbrochenen Energiefluss zu gewährleisten. Aber die Industrieausrüstung dorthin zu bringen, wäre immer noch eine monumentale Herausforderung.
Aber ob und wann wir die Infrastruktur aufgebaut haben, stellt sich immer noch die Frage, wie viel Sauerstoff wir gewinnen könnten. Wie Grant angibt, betrachten wir nur den Regolith, der an der Oberfläche leicht zugänglich ist, und berücksichtigen die Daten von NASA und der Mondplanetarisches Institut (LPI) sind einige Schätzungen möglich:
„Jeder Kubikmeter Mondregolith enthält im Durchschnitt 1,4 Tonnen Mineralien, darunter etwa 630 Kilogramm Sauerstoff. Die NASA sagt, dass der Mensch etwa 800 Gramm Sauerstoff pro Tag einatmen muss, um zu überleben. 630 kg Sauerstoff würden also eine Person etwa zwei Jahre lang (oder etwas länger) am Leben halten.
„Nehmen wir nun an, die durchschnittliche Tiefe von Regolith auf dem Mond beträgt etwa zehn Meter, und wir können daraus den gesamten Sauerstoff gewinnen. Das bedeutet, dass die obersten zehn Meter der Mondoberfläche genug Sauerstoff liefern würden, um alle acht Milliarden Menschen auf der Erde etwa 100.000 Jahre lang zu ernähren.“
Illustration von Artemis-Astronauten auf dem Mond. Credits: NASA
In vielerlei Hinsicht gleicht die Einschätzung, wie ein astronomischer Körper ISRU Chancen bieten wird, der Suche nach Mineralien. Zum Beispiel die NASA vor kurzem angekündigt dass der metallische Asteroid Psyche II Edelmetalle und Erze im Wert von bis zu 10.000 Billiarden Dollar enthalten könnte. Im Jahr 2022 wird die Psyche orbiter wird sich mit diesem Asteroiden treffen, der der Kernüberrest eines Planetoiden sein könnte, der seine äußeren Schichten verloren hat, um ihn genau zu untersuchen.
Natürlich stimmen einige dieser Einschätzung nicht zu und verweisen darauf, dass Psyche II Zusammensetzung und Dichte sind nicht besonders stark eingeschränkt. Für andere ignorieren Schätzungen dieser Art die bloßen Kosten für die Gewinnung dieses Reichtums, die vorher den Bau einer umfangreichen Infrastruktur erfordern würden. Und selbst dann wirft der Transport dieser Art von Masse vom Asteroidengürtel zur Erde zahlreiche logistische Probleme auf.
Dasselbe gilt für den Asteroidenabbau, ein potenziell lukratives Unterfangen, das in naher Zukunft dazu führen könnte, dass Billionen von erdnahen Asteroiden (NEAs) abgebaut werden. Voraussetzung dafür ist allerdings auch die Schaffung einer robusten Space-Mining-Infrastruktur, die sich noch in der Konzeptionsphase befindet. Glücklicherweise gibt es seit den 1960er Jahren vorgeschlagene Methoden und Wege, um eine ISRU-bezogene Infrastruktur auf dem Mond aufzubauen.
In den kommenden Jahren werden mehrere Missionen zum Mond geschickt, um diese Möglichkeiten weiter zu untersuchen, von denen Grant zwei in seinem Artikel zitiert. Anfang Oktober, Die NASA hat einen Vertrag unterzeichnet mit dem Australische Raumfahrtbehörde einen kleinen Mondrover zu entwickeln, der bereits 2026 zum Mond geschickt werden könnte. Der Zweck dieses Rovers besteht darin, Proben von Mondregolith zu sammeln und sie an ein ISRU-System der NASA auf einem kommerziellen Mondlander zu übertragen.
Künstlerische Illustration des neuen Raumanzugs, den die NASA für Artemis-Astronauten entwirft. Es heißt xEMU oder Exploration Extravehicular Mobility Unit. Bildnachweis: NASA
Auch das in Belgien ansässige Startup Weltraumanwendungssysteme (SAS) gab im vergangenen Sommer bekannt, dass es drei Versuchsreaktoren für den Mond baut. Sie waren einer von vier Finalisten, die von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit der Entwicklung eines kompakten Technologiedemonstrators beauftragt wurden, mit dem Sauerstoff gewonnen werden kann, um Treibstoff für Raumfahrzeuge, Luft für Astronauten und metallische Rohstoffe für Ausrüstung herzustellen.
Das Unternehmen hofft, die Technologie im Rahmen einer geplanten ESA zum Mond zu schicken ISRU-Demonstration Mission, die derzeit bis 2025 zum Mond fliegen soll. Diese und andere Technologien werden verfolgt, um die lang ersehnte Rückkehr der Menschheit zum Mond zu gewährleisten.
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