Das Artemis-Programm beabsichtigt, zum ersten Mal seit den Apollo-Missionen der NASA Menschen auf den Mond zu bringen. Aber Artemis hat einen größeren Spielraum, als nur Leute dorthin zu bringen, einige wissenschaftliche Experimente durchzuführen, Mondgestein zu sammeln, ein bisschen Golf zu spielen und dann zu gehen. Ziel ist es, eine einheitliche Präsenz zu etablieren.
Das erfordert Ressourcen, und eine dieser kritischen Ressourcen ist Sauerstoff.
Dr. Peter A. Curreri ist seit Jahrzehnten NASA-Wissenschaftler und ein starker Befürworter der bemannten Raumfahrt. Seit 2021 ist Curreri Chief Science Officer von Lunar Resources, Inc. Lunar Resources schlägt ein neuartiges Konzept für Artemis vor: eine Sauerstoffpipeline.
Eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mars erfordert einige Dinge, um erfolgreich zu sein, und die Grundlage des Erfolgs basiert auf Wasser und Sauerstoff. Der Südpol des Mondes enthält riesige Mengen an ursprünglichem Wassereis, das in den Kratern der Region festgefroren ist, wo das Sonnenlicht es nie erreicht. Dieses Eis kann geschmolzen und in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt werden.
Jeder, der mit der Mondforschung zu tun hat, weiß dies, und die etablierte Idee ist, dass das Eis vor Ort verarbeitet und Sauerstoff in kryogene Druckbehälter, sogenannte Dewars, gefüllt und dorthin transportiert wird, wo er benötigt wird. Da die äquatorialen Regionen das meiste Sonnenlicht und die meiste Sonnenenergie haben, werden dort wahrscheinlich Mondbasen errichtet.
Doch anstatt Sauerstoff in Flaschen abzufüllen und zu transportieren, was kompliziert werden könnte, hat Lunar Resources eine andere Idee: Bauen Sie eine Sauerstoffpipeline von den Eisvorkommen am Südpol oder von dort, wo Sauerstoff aus dem Regolith extrahiert wird, zu anderen Einrichtungen auf dem Mond. Diese Idee hat die Aufmerksamkeit der NASA erregt, und die Lunar South Pole Oxygen Pipeline (LSPOP) ist ein Phase-1-Projekt bei NIAC, dem NASA Innovative Advanced Concept-Programm.
„Wir schlagen die Lunar South Pole Oxygen Pipeline (L-SPoP) vor, eine Pipeline für gasförmigen Sauerstoff am Südpol des Mondes“, schreibt Curreri in einer Pressemitteilung, in der er die Idee erläutert. „Eine Mondpipeline wurde noch nie angestrebt und wird die Operationen auf der Mondoberfläche für das Artemis-Programm revolutionieren und Kosten und Risiken reduzieren.“
Sauerstoff ist kritisch. Wir brauchen es in menschlichen Lebensräumen, in Fahrzeugen und in allen Lebenserhaltungssystemen überall auf dem Mond. Wir brauchen es auch als Oxidationsmittel für Raketentreibstoff. Der Transport großer Sauerstoffmengen vom Südpol zum Äquator könnte umständlich sein und würde spezielle Fahrzeuge, Tanks und Einrichtungen erfordern. Eine Pipeline würde Fahrzeuge und andere Ressourcen, einschließlich menschlicher Arbeitszeit, aus dem Prozess eliminieren.
„Der Prozess, diesen Sauerstoff auf Rovern zu transportieren, ist energieintensiver als der Extraktionsprozess und gilt als der teuerste Aspekt bei der Gewinnung von Sauerstoff vor Ort zur Verwendung auf dem Mond, wenn man bedenkt, wie weit ein Ressourcenabbaugebiet von einem Menschen entfernt sein wird Lebensraum oder Verflüssigungsanlage“, schreibt Curreri.
Die NASA hat bereits erhebliche Mittel in die Sauerstoff- und Wassergewinnung investiert. Einige Versuche zeigen, dass wir genügend Sauerstoff aus dem Regolith bekommen könnten. Aber Wasser kann nur aus dem Eis an den Polen kommen, und es ist sinnvoll, Sauerstoff von dort zu bekommen, da ein Teil des Wassers ohnehin gespalten werden muss, um Wasserstoff zu gewinnen.
Pipelines auf der Erde sind ein Problem. Aber nicht auf dem Mond. Bei einer Mond-Sauerstoffleitung spielen Lecks keine Rolle. Sie verschmutzen nicht und verursachen keinen Schaden. Der Sauerstoff entweicht einfach. Es gibt keine sich verschiebende oder wechselnde Oberfläche, die die Pipeline stören könnte. Die einzige potenzielle Gefahr ist ein Aufprall.
Lunar Resources wird verschiedene Ideen für sein Mondpipeline-Konzept prüfen, aber sie beginnen mit einer 5 km langen Pipeline. „Unser Startkonzept sieht eine 5 km lange Pipeline vor, um Sauerstoffgas von einer Sauerstoffproduktionsquelle, beispielsweise unserer Extraktionsstätte für die Elektrolyse von geschmolzenem Regolith (MRE) oder einer anderen Quelle, zu einer Sauerstoffspeicher-/Verflüssigungsanlage in der Nähe einer Mondbasis zu transportieren.“ Curreri erklärt.
LSPOP würde in Segmenten auf der Mondoberfläche hergestellt und dann auf einer Länge von fünf Kilometern zusammengefügt. Die Pipeline würde wahrscheinlich aus Aluminium bestehen, das auf der Mondoberfläche reichlich vorhanden ist, insbesondere am Südpol. „Andere In-situ-Metalle, die ebenfalls analysiert werden, sind Eisen und Magnesium“, schreibt Curreri.
Die Pipeline wäre langlebig, reparierbar und entwicklungsfähig. Es wäre auch billiger als andere Methoden, obwohl die Mondherstellung immer noch etwas Unterstützung von der Erde benötigen würde.
Laut Lunar Resources könnte die Pipeline robotergesteuert aus Metallen aus dem Mond-Regolith gebaut werden, obwohl immer noch ein minimaler Einsatz von Erdmaterialien erforderlich wäre. Es könnte auch roboterhaft repariert werden. Die NASA geht davon aus, dass Artemis zunächst 10.000 kg Sauerstoff pro Jahr benötigen wird, und das LSPOP kann dies mit einer Durchflussrate von etwa 2 kg/Stunde erreichen. Es benötigt während seiner Lebensdauer nur minimale Energie, wäre sehr zuverlässig und seine Lebensdauer in der Mondumgebung würde 10 Jahre überschreiten.
Die Lunar South Pole Oxygen Pipeline ist eine Phase-1-Auswahl im NIAC-Programm. Das bedeutet, dass die NASA eine 9-monatige Studie für das Konzept finanzieren wird. Es bietet die Möglichkeit, die Gesamtdurchführbarkeit zu untersuchen und den Technology Readiness Level (TRL) des LSPOP voranzutreiben. Nach dem Ende von Phase Eins kann Lunar Resources eine Finanzierung für Phase Zwei beantragen, in der Konzepte für bis zu zwei Jahre entwickelt werden.