Die NASA hat eine neue Vision für die Weltraumforschung: In den kommenden Jahrzehnten werden Menschen auf dem Mars landen und den roten Planeten erforschen. Kurze Besuche führen zu längeren Aufenthalten und vielleicht eines Tages zu Kolonien.
Zuerst jedoch kehren wir zum Mond zurück.
Warum der Mond vor dem Mars?
„Der Mond ist ein natürlicher erster Schritt“, erklärt Philip Metzger, Physiker am Kennedy Space Center der NASA. „Es ist in der Nähe. Wir können dort üben, zu leben, zu arbeiten und Wissenschaft zu betreiben, bevor wir längere und riskantere Reisen zum Mars unternehmen.“
Mond und Mars haben viel gemeinsam. Der Mond hat nur ein Sechstel der Erdanziehungskraft; Mars hat ein Drittel. Der Mond hat keine Atmosphäre; die Marsatmosphäre ist stark verdünnt. Der Mond kann sehr kalt werden, bis zu -240 ° C im Schatten; Der Mars schwankt zwischen -20o und -100o C.
Noch wichtiger ist, dass beide Planeten mit schluffigem Feinstaub bedeckt sind, der als „Regolith“ bezeichnet wird. Der Regolith des Mondes entstand durch den unaufhörlichen Bombardement von Mikrometeoriten, kosmischer Strahlung und Sonnenwindpartikeln, die Jahrmilliarden Gestein zerbrechen. Mars-Regolith entstand aus den Einschlägen massiverer Meteoriten und sogar Asteroiden sowie der täglichen Erosion durch Wasser und Wind. Auf beiden Welten gibt es Orte, an denen der Regolith 10+ Meter tief ist.
Der Betrieb mechanischer Geräte bei so viel Staub ist eine enorme Herausforderung. Erst letzten Monat leitete Metzger ein Treffen zum Thema „Granular Materials in Lunar and Martian Exploration“, das im Kennedy Space Center stattfand. Die Teilnehmer setzten sich mit Themen auseinander, die von einfachen Transportmitteln („Welche Reifen braucht ein Mars-Buggy?“) über Bergbau („Wie tief kann man graben, bevor das Loch einstürzt?“) bis hin zu natürlichen und künstlichen Staubstürmen („Wie viel? Staub wird eine Landerakete aufwirbeln?“).
Diese Fragen auf der Erde zu beantworten ist nicht einfach. Mond- und Marsstaub ist so … fremd.
Versuchen Sie Folgendes: Führen Sie Ihren Finger über den Bildschirm Ihres Computers. Sie werden einen kleinen Staubrückstand an Ihrer Fingerspitze haften lassen. Es ist weich und unscharf – das ist Erdstaub.
Mondstaub ist anders: „Es ist fast wie Glassplitter oder Korallen – seltsame Formen, die sehr scharf sind und ineinandergreifen“, sagt Metzger. (Sehen Sie sich ein Bild von Mondstaub an.)
„Selbst nach kurzen Mondspaziergängen stellten Apollo-17-Astronauten fest, dass Staubpartikel die Schultergelenke ihrer Raumanzüge eingeklemmt hatten“, sagt Masami Nakagawa, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Bergbautechnik der Colorado School of Mines. „Mondstaub ist in die Dichtungen eingedrungen, wodurch die Raumanzüge etwas Luftdruck verloren haben.“
In sonnenbeschienenen Gebieten, fügt Nakagawa hinzu, schwebte Feinstaub über den Knien und sogar über ihren Köpfen der Apollo-Astronauten, weil einzelne Partikel durch das ultraviolette Licht der Sonne elektrostatisch aufgeladen wurden. Solche Staubpartikel reizten Augen und Lunge, wenn sie in den Lebensraum der Astronauten verfolgt wurden, wo sie in die Luft kamen. 'Es ist ein potenziell ernstes Problem.'
Staub ist auch auf dem Mars allgegenwärtig, obwohl Marsstaub wahrscheinlich nicht so scharf ist wie Mondstaub. Verwitterung glättet die Kanten. Nichtsdestotrotz peitschen Mars-Staubstürme diese Partikel mit 50 m/s (100+ mph) und scheuern und verschleißen jede exponierte Oberfläche. Wie die Rover Spirit und Opportunity gezeigt haben, ist Marsstaub (wie Mondstaub) wahrscheinlich elektrisch geladen. Es haftet an Sonnenkollektoren, blockiert das Sonnenlicht und reduziert die Energiemenge, die für eine Oberflächenmission erzeugt werden kann.
Aus diesen Gründen finanziert die NASA das Projekt Dust von Nakagawa, eine vierjährige Studie, die sich der Suche nach Möglichkeiten widmet, die Auswirkungen von Staub auf die Erforschung von Robotern und Menschen zu mildern, von der Konstruktion von Luftfiltern bis hin zu Dünnschichtbeschichtungen, die Staub von Raumanzügen und Maschinen abweisen .
Der Mond ist auch ein gutes Testgelände für das, was Missionsplaner „in-situ-Ressourcennutzung“ (ISRU) – alias „Ressourcennutzung vor Ort“ nennen. „Vom Land leben“. Astronauten auf dem Mars werden vor Ort bestimmte Rohstoffe abbauen wollen: Sauerstoff zum Atmen, Wasser zum Trinken und Raketentreibstoff (im Wesentlichen Wasserstoff und Sauerstoff) für die Heimreise. „Das können wir zuerst auf dem Mond ausprobieren“, sagt Metzger.
Sowohl der Mond als auch der Mars beherbergen im Boden gefrorenes Wasser. Der Beweis dafür ist indirekt. Die Raumsonden der NASA und der ESA haben Wasserstoff – vermutlich das H in H2O – im Marsboden nachgewiesen. Die vermeintlichen Eisablagerungen reichen von den Marspolen fast bis zum Äquator. Mondeis hingegen ist in der Nähe des Nord- und Südpols des Mondes tief in Kratern lokalisiert, in denen die Sonne nie scheint, nach ähnlichen Daten von Lunar Prospector und Clementine, zwei Raumschiffen, die den Mond Mitte der 1990er Jahre kartierten.
Wenn dieses Eis ausgegraben, aufgetaut und in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden könnte … Voila! Sofortige Versorgung. Der Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, der 2008 starten soll, wird moderne Sensoren verwenden, um nach Lagerstätten zu suchen und mögliche Abbaustätten zu lokalisieren.
„Die Mondpole sind ein kalter Ort, daher haben wir mit Leuten zusammengearbeitet, die sich auf kalte Orte spezialisiert haben, um herauszufinden, wie man auf den Böden landet und in den Permafrostboden gräbt, um Wasser auszugraben“, sagt Metzger. Zu den wichtigsten Partnern der NASA zählen Ermittler des Cold Regions Research and Engineering Laboratory (CRREL) des Army Corps of Engineers. Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören die Landung von Raketen oder der Bau von Lebensräumen auf eisreichen Böden, ohne dass ihre Hitze den Boden schmelzen lässt, sodass er unter ihrem Gewicht zusammenbricht.
All diese Technologie auf dem Mond zu testen, der nur 2 oder 3 Tage von der Erde entfernt ist, wird viel einfacher sein, als sie auf dem Mars zu testen, der sechs Monate entfernt ist.
Also … zum Mars! Aber zuerst der Mond.
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