Was ist das beste Material für einen Mondturm?

Die physische Infrastruktur auf dem Mond wird für jede langfristige menschliche Präsenz dort von entscheidender Bedeutung sein, da sich sowohl Amerika als auch China auf eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond vorbereiten. Ein selbstentfaltender Turm ist zunehmend einer der wichtigsten Teile dieser physischen Infrastruktur.

Diese Türme können zahlreiche Ausrüstungsgegenstände tragen, von Solarpaneelen bis hin zu Kommunikationsanlagen, und je mehr Gewicht sie der Schwerkraft des Mondes aushalten können, desto leistungsfähiger sind sie. Daher ist es wichtig, den besten strukturellen Aufbau für diese Türme zu verstehen. Dies ist das Ziel einer aktuellen Arbeit von Forschern der North Carolina State University und des Langley Research Center der NASA.

Mehrere Technologien liegen dieser Struktur zugrunde, die im Rahmen des NASA-Projekts Self-Erectable Lunar Tower for Instruments (SELTI) entwickelt wurde. Eine der wichtigsten Technologien ist das Material, aus dem der Turm besteht. In ihrem Studieuntersuchten die Forscher zwei Arten von Materialien: den gewellten rollbaren Rohrmast (COROTUB) und den zusammenklappbaren Rohrmast (CTM).

Betrachten wir zunächst das Design rund um COROTUB. COROTUB ist eine patentierte Technologie, die für den Einsatz mit Kleinsatelliten entwickelt wurde. Beispielsweise würde es einem CubeSat ermöglichen, eine um ein Vielfaches größere Antenne zu entfalten, während er dennoch in ein relativ kompaktes Paket gepackt wird. Die Anpassung der Technologie an einen ausfahrbaren Auslegermast für den Einsatz auf dem Mond ist ein naheliegender nächster Schritt.

CTM hingegen ist im Handel bei Opterus erhältlich. Es ist so konzipiert, dass es flach in eine Form rollt, die einer Klebebandrolle ähnelt. Sobald es ausgefahren ist, kann es eine Nutzlast tragen, die sich oben am Mast befindet. Sein Design scheint viel einfacher zu sein als das von COROTUB, aber oberflächlich betrachtet haben sie fast die gleichen Gewichtsbeschränkungen.

Eines der wesentlichsten Merkmale dieser Türme liegt jedoch nicht im Material des Auslegers selbst, sondern in der tragenden Struktur – in diesem Fall einem Kabel. Der Artikel befasst sich mit Konstruktionen mit und ohne Stützkabel, die der Kraft der Instrumente an der Spitze des Auslegers entgegenwirken und sie dazu zwingen könnten, sich zur Seite zu neigen. Stellen Sie sich eine riesige Sonnenblume vor, deren Pedale sich zur einen Seite biegen, auf der anderen Seite wird sie jedoch von einem Metallkabel an Ort und Stelle gehalten.

Die Systeme mit dieser unterstützenden Kabelstruktur schneiden in nahezu allen von den Autoren verwendeten Maßstäben überlegen ab. Zu den Methoden, die sie verwendeten, gehörte eine Art mathematischer Analyse, die als Rayleigh-Ritz-Methode bekannt ist und typischerweise zur Berechnung von Lasten auf Strukturen verwendet wird. Aber die Berechnung dieser Strukturen auf dem Mond unterscheidet sich von der auf der Erde. Zum einen würden viel weniger Schwerkraft und kein Wind zusätzliche Unterstützung erfordern.

Allerdings muss das System enormen Temperaturunterschieden ausgesetzt sein, je nachdem, ob es sich auf der beleuchteten oder unbeleuchteten Seite des Mondes befindet. Diese schienen vorerst nicht Teil der in der Analyse verwendeten Berechnungen zu sein.

Auch COROTUB und CMT sind nicht die einzigen potenziellen Technologien, die dieses Problem lösen wollen. Wir haben zuvor über das Projekt LUNARSABER von Honeybee Robotics berichtet, dessen 100 m hohe Masten ein ähnliches Problem lösen würden wie die COROTUB- und CMT-basierten Türme.

Während es abzuwarten bleibt, welche Technologie bei einem vollständigen Prototyp auf dem Mond zum Einsatz kommt, ist die Tatsache, dass sich mehr als eine Organisation mit der Technologie befasst, ein vielversprechender Hinweis. Und da die Unterbringung buchstäblicher Lichter einer der Anwendungsfälle für diese Türme ist, ist es nur eine Frage der Zeit, bis mehr Licht auf diese Technologie – und die darunter liegende Mondoberfläche – fällt.