Stellen Sie sich den Mond als Zentrum der Produktion, des Bauwesens und sogar des menschlichen Lebens vor. Das ist keine abwegige Idee mehr, die in Science-Fiction-Geschichten steckt – das zunehmende Interesse und die Investitionen in die Weltraumforschung treiben die Bemühungen voran, die Technologien zu entwickeln, die erforderlich sind, um den Mond zu einer lebensfähigen Heimat für Menschen zu machen.
Für den Aufbau der Mondinfrastruktur werden Baumaterialien benötigt, und deren Transport von der Erde wäre kostspielig und ineffizient. Dies hat die Forschung zur Verarbeitung und Nutzung von Rohstoffen, die auf der Mondoberfläche natürlich vorkommen, vor Ort vorangetrieben. Eine große Herausforderung bei diesem Ansatz wird jedoch der enorme Energiebedarf sein, der für die Verarbeitung der Mondressourcen erforderlich ist.
Ein Forschungsteam des Laboratory for Emerging Energy Research (LEER) der University of Waterloo untersucht die Verarbeitung von Mondregolith, der obersten Erd- und Staubschicht des Mondes, zu nutzbaren Materialien für Lebenserhaltung, Energieerzeugung und Bauwesen. Dazu gehört auch die Untersuchung der Verwendung von Material aus nicht mehr funktionierenden Satelliten als Brennstoffquelle, wenn es mit Mondregolith vermischt wird. Die Internationale Astronautische Föderation hat veröffentlicht zwei Aufsätze über die Forschung.
„Mondregolith enthält viel metallischen Staub, in den Sauerstoff eingebettet ist“, sagte Connor MacRobbie, ein Doktorand, der von den Professoren Dr. John Wen und Dr. Jean-Pierre Hickey in der Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik in Waterloo betreut wird.
„Da es bereits Sauerstoff enthält, können wir es nutzen, um thermische Energie zu erzeugen, ohne dass wir dazu atmosphärischen Sauerstoff benötigen“, sagte MacRobbie. „Das nennt man Thermit-Reaktion, die im Weltraum nützlich ist, weil dort kein leicht verfügbarer Sauerstoff vorhanden ist.“
Experimentelle Thermitreaktion mit synthetischem Mondregolith in einer Brennkammer, die die Mondumgebung simulieren soll. Bildnachweis: University of Waterloo
Das LEER-Team führte Experimente mit simuliertem „Mond“-Regolith durch, das von der National Aeronautics and Space Administration (NASA) synthetisiert und geliefert wurde. Es wurden Tests mit verschiedenen Brennstoff- und Oxidationsmittelzusammensetzungen und mit unterschiedlichen Partikelgrößen durchgeführt, um die Energiefreisetzungsrate eines weltraumgestützten Thermits für Heiz- oder Herstellungszwecke zu kontrollieren.
„Die Ergebnisse zeigen, dass die Mondoberfläche für die Entwicklung des Mondes geeignet ist und es dem Menschen ermöglicht, die Mondoberfläche zu erkunden und zu bewohnen“, sagte Wen, der Direktor von LEER.
„Wir arbeiten derzeit kontinuierlich an einer besseren Extraktion von Metall und anderen nützlichen Materialien aus dem Regolith und entwickeln in Zusammenarbeit mit kanadischen und internationalen Forschern automatisierte Prozesse, um die Ressourcennutzung vor Ort zu erleichtern und die Kreislaufwirtschaft im Weltraum zu unterstützen.“
Eine potenzielle Bedrohung für die Zukunft der Menschheit im Weltraum sind die Millionen von schnell fliegenden Trümmerteilen, die zwischen der Erde und der Umlaufbahn des Mondes hin- und herfliegen. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) vergleicht die Kollision eines ein Zentimeter großen Weltraumschrottteilchens, das sich mit 10 km/s bewegt, mit der eines kleinen Autos, das mit 40 km/h verunglückt.
Das LEER-Forschungsteam arbeitet daran, dieses Problem zu lösen, indem es Material nicht mehr genutzter Satelliten recycelt und daraus eine Treibstoffquelle für die Weltraumentwicklung herstellt.
„Nicht mehr genutzte Satelliten haben einen enormen potenziellen Wert“, sagte MacRobbie. „Sie bestehen aus vielen nützlichen Materialien, darunter Aluminium, das, wenn es dem Mondregolith zugefügt wird, eine Thermitreaktion auslösen und Wärme erzeugen kann.“
Durch die Nutzung der Thermitreaktion zur Wiederverwendung geborgenen Weltraummülls werden auch Materialien für die Wartung und Entwicklung von Solarsatellitensystemen im Weltraum gewonnen, wodurch die Energieversorgung für die weitere Weltraumforschung sichergestellt wird.
„Mit unserer Forschung wird Science-Fiction zur Realität“, sagt MacRobbie. „Unser Ziel ist es, beim Aufbau der Infrastruktur und Technologie zu helfen, die eine nachhaltige menschliche Besiedlung des Mondes – und darüber hinaus – ermöglicht.“
Mehr Informationen:
Macrobbie et al. Nutzung neuartiger lunarer ISRU- und ISRP-Prozesse mit weltraumgestützter Solarenergie. Internationale Astronautische Föderation (2023). www.spacecanada.org/docs/2023- … cond-Place-Paper.pdf
Macrobbie et al. Vor-Ort-Nanothermit-Heizung auf Regolithbasis für Mondrover und -ausrüstung während der Mondnacht. Internationale Astronautische Föderation (2023). iafastro.directory/iac/archive … /IAC-23/D3/2A/77684/