In seinem berühmten Roman „Der Mond ist eine herbe Geliebte“ beschreibt Robert A. Heinlein eine zukünftige Mondsiedlung, in der zukünftige Mondbewohner („Loonies“) mithilfe eines elektromagnetischen Katapults Ladungen aus Weizen und Wassereis zur Erde schicken.
In der Geschichte verschwört sich eine Gruppe von Verrückten, um die Kontrolle über dieses Katapult zu übernehmen, und droht, „Felsen auf die Erde zu werfen“, wenn sie Luna nicht als unabhängige Welt anerkennen. Interessanterweise haben Wissenschaftler dieses Konzept jahrzehntelang erforscht, um eines Tages Mondressourcen zur Erde zu bringen.
Angesichts der Tatsache, dass Raumfahrtbehörden Missionen zum Mond planen, um dort eine dauerhafte Infrastruktur zu schaffen, ist das Interesse an diesem Konzept wieder gestiegen. In einem aktuellen Artikel erläuterte ein Forscherteam des chinesischen Shanghai Institute of Satellite Engineering (SAST), wie eine magnetische Trägerrakete auf der Mondoberfläche eine kostengünstige Möglichkeit bieten könnte, Ressourcen zur Erde zu transportieren.
Dieser Vorschlag könnte Teil der langfristigen Vision Chinas für eine Mondsiedlung namens Internationale Mondforschungsstation (ILRS) werden – ein Gemeinschaftsprojekt, das das Land mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos verfolgt.
Einem kürzlich erschienenen Artikel der „South China Morning Post“ zufolge würde das Katapult die Technologie der Magnetschwebebahn nutzen und nach dem gleichen Prinzip wie der Hammerwurf in der Leichtathletik funktionieren, „allerdings mit zunehmender Geschwindigkeit rotieren, bevor die Trägerkapsel in Richtung Erde geworfen wird“.
Auf der Mondoberfläche würden die nahezu luftleeren Räume und die geringe Schwerkraft – etwa 16,5 % der Erdgravitation (0,165 g) – den Abwurf der Nutzlasten erleichtern. Laut dem SAST-Team könnte das vorgeschlagene System zwei Starts pro Tag zu einem Zehntel der Kosten bestehender Transportmethoden durchführen.
Wie bereits erwähnt, ist das Konzept eines magnetischen Katapults auf dem Mond eine altehrwürdige Idee. Frühere Versionen des Konzepts umfassen das 1998 vom bekannten Physiker Derek A. Tidman vorgeschlagene Slingatron, das anstelle eines rotierenden Arms einen kreisförmigen Magnetbeschleuniger vorsah.
Ebenso würde das von dem chinesischen Forschungsteam vorgeschlagene Startsystem aus einem 50 Meter langen rotierenden Arm und einem Hochtemperatur-Supraleitermotor bestehen. Es würde von Solarzellen und einem Kernreaktor angetrieben und ist so konzipiert, dass es während der Verzögerungsphase kinetische Energie in Elektrizität umwandelt. Dadurch könnte es nach jedem Start mehr als 70 % der verbrauchten Energie zurückgewinnen.
Nach einer Beschleunigung von 10 Minuten würde der Arm die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes von 2,4 km/s (1,5 m/s) erreichen und die Nutzlast auf einer Flugbahn zur Erde freigeben. Das Team betont auch, dass die Hauptnutzlast aus Helium-3 bestehen würde, das aus dem Mondboden gewonnen wird und zur Stromversorgung von Fusionsreaktoren auf der Erde verwendet werden könnte.
„Die technische Reife des Systems ist relativ hoch“, schrieben sie. „Da es nur Strom verbraucht und keinen Treibstoff benötigt, wird es relativ klein und unkompliziert umzusetzen sein. Das Hauptziel ist die Gewinnung und Rückführung von Helium-3, um die Energiekrise der Erde zu lösen. Das Projekt wird auch die Entwicklung von Technologien für den Weltraumbergbau, schwere Trägerraketen und künstliche Intelligenz vorantreiben.“
Während auf der Erde nur 0,5 Tonnen (0,55 US-Tonnen) dieses Elements vorkommen, sind im Regolith des Mondes schätzungsweise 1 Million Tonnen (1,1 US-Tonnen) enthalten. Laut der Studie des Teams würden 20 Tonnen (22 US-Tonnen) ausreichen, um Chinas jährlichen Strombedarf zu decken, während 1 Million Tonnen ausreichen würden, um den weltweiten Energiebedarf für mehr als tausend Jahre zu decken. Sie schätzen außerdem, dass das System etwa 80 Tonnen (88 US-Tonnen) wiegen und mindestens 20 Jahre in Betrieb bleiben könnte.
Der Bau dieses Systems muss jedoch warten, bis China die Entwicklung seiner superschweren Trägerraketen Langer Marsch 9 (CZ-9) und Langer Marsch 10 (CZ-10) abgeschlossen hat. Diese Raketen sind für die Entwicklung des ILRS von entscheidender Bedeutung, das mit Hilfe anderer nationaler Raumfahrtagenturen bis 2035 fertiggestellt sein soll.
In dieser Hinsicht könnte das geplante Trägersystem Teil der langfristigen Pläne Chinas zur Mondentwicklung in den späten 2030er oder 2040er Jahren werden. Die vom Team vorgeschlagenen Zeitpläne stehen damit im Einklang: Sie hoffen, die Entwicklung der wichtigsten Komponenten des Systems bis 2030 abzuschließen und rechnen mit einer vollständigen Umsetzung bis 2045.
Natürlich stellt sich, wie bei allen anderen Vorschlägen für den Bau und die Erschließung des Mondes, auch die Frage der Kosten. Dem Forschungsteam zufolge würden die Kosten für den Bau des Trägersystems schätzungsweise 130 Milliarden betragen, was 18,25 Milliarden US-Dollar entspricht.
Auf der letztjährigen Tagung der China Association for Science and Technology (CAST) erklärte Teammitglied Chu Yingzhi jedoch, dass der Abbau von drei bis fünf Tonnen Helium-3 pro Jahr Einnahmen von 100 Milliarden Yuan bringen könnte. Es gibt jedoch noch viele technische und logistische Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, bevor dieses System gebaut werden kann.
Zunächst einmal geht das Forschungsteam in seinem Artikel nicht darauf ein, wie Helium-3 aus dem lokalen Regolith gewonnen werden soll. Wie Chu anmerkte, besteht zudem die Herausforderung darin, es auf der zerklüfteten Mondoberfläche zu installieren, sicherzustellen, dass der rotierende Arm bei hohen Geschwindigkeiten stabil bleibt, und sicherzustellen, dass er in der Mondumgebung funktioniert, die extremen Temperaturschwankungen, kosmischer Strahlung und erhöhter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist.
Doch als langfristige Vision ist ein magnetisches Startsystem ein eleganter Vorschlag und eine relativ kostengünstige Alternative zum Start von Raumfahrzeugen von der Oberfläche.