Die kältesten Orte der Erde und in der Nähe stehen nicht nahe an der Temperatur der Mondnacht - und es ist sehr schwierig, eine Basis zu schaffen, die Siedler vor einer solchen Temperatur schützen kann. Seit vielen Jahrzehnten beunruhigt der Gedanke, den Mond zu kolonisieren, Wissenschaftler und weitsichtige Menschen. Auf Fernsehbildschirmen und Monitoren sind verschiedene Konzepte von Mondkolonien erschienen.
Vielleicht ist eine Mondkolonie der nächste logische Schritt für die Menschheit. Dies ist unser nächster Nachbar in den Sternen, der ungefähr 383.000 Kilometer von uns entfernt ist, was die Ressourcenunterstützung vereinfacht. Darüber hinaus gibt es auf dem Mond einen Überschuss an Helium-3, einem idealen Brennstoff für Kernreaktoren, der auf der Erde sehr selten ist.
Der Weg für die permanente Mondkolonie wurde theoretisch von verschiedenen Weltraumprogrammen skizziert. China hat Interesse bekundet, eine Basis auf der anderen Seite des Mondes zu finden. Im Oktober 2015 wurde bekannt, dass die Europäische Weltraumorganisation und Roscosmos eine Reihe von Missionen zum Mond planen, um die Möglichkeiten für die Errichtung dauerhafter Siedlungen zu bewerten.
Trotzdem hat unser Satellit eine Reihe von Problemen. Der Mond macht eine Umdrehung in 28 Erdentagen, und die Mondnacht dauert 354 Stunden - mehr als 14 Erdentage. Ein langer Nachtzyklus bedeutet einen deutlichen Temperaturabfall. Die Temperaturen am Äquator reichen von 116 Grad Celsius am Tag bis -173 Grad in der Nacht.
Mondnächte sind kürzer, wenn sich die Basis am Nord- oder Südpol befindet. „Es gibt viele Gründe, eine solche Basis an den Polen zu errichten, aber neben den Sonnenstunden sind noch weitere Faktoren zu berücksichtigen“, sagt Edmond Trollope, Raumfahrtingenieur bei Telespazio VEGA Deutschland. Wie auf der Erde kann es an den Polen sehr kalt sein.
An den Mondpolen bewegt sich die Sonne am Horizont und nicht über den Himmel, sodass Sie Seitenwände (in Form von Wänden) bauen müssen, was die Konstruktion erschwert. Eine große flache Basis am Äquator würde viel Wärme sammeln, aber um an die Hitze am Pol zu gelangen, muss man nach oben bauen, was nicht einfach ist. „Mit einem vernünftigen Standort können Temperaturunterschiede leicht kontrolliert werden“, sagt Volcker Meiwald, Wissenschaftler am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR.
Werbevideo:
Die große Variabilität der Temperaturen im Zyklus von Tag und Nacht bedeutet, dass die Mondbasen nicht nur ausreichend gegen die eiskalte und sengende Hitze isoliert werden müssen, sondern auch um den thermischen Belastungen und der Wärmeausdehnung standzuhalten.
Wärmeschutz
Die ersten Robotermissionen zum Mond waren wie die sowjetischen Mondmissionen für einen Mondtag (zwei Erdwochen) ausgelegt. Der Lander der NASA Surveyor-Missionen könnte am nächsten Mondtag seine Arbeit wieder aufnehmen. Die Schäden an Bauteilen während der Nacht verhinderten jedoch häufig, dass wissenschaftliche Daten erhalten wurden.
Die Mondrover des gleichnamigen sowjetischen Raumfahrtprogramms, das Ende der 60er und 70er Jahre durchgeführt wurde, enthielten Elemente der radioaktiven Heizung mit einem ausgeklügelten Belüftungssystem, das den Fahrzeugen eine Lebensdauer von bis zu 11 Monaten ermöglichte. Mondrover würden nachts Winterschlaf halten und mit der Sonne starten, wenn Sonnenenergie verfügbar würde.
Eine Möglichkeit, hohe thermische Schwankungen zu vermeiden, besteht darin, das Gebäude in einem Mondregolithen zu begraben. Dieses pulverförmige Material, das die Oberfläche des Mondes bedeckt, weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Widerstand gegen Sonnenstrahlung auf. Dies bedeutet, dass es starke Isoliereigenschaften hat und je tiefer die Kolonie ist, desto höher ist der Wärmeschutz. Da sich die Basis erwärmt und die Wärme auf dem Mond aufgrund des Mangels an Atmosphäre schlecht übertragen wird, wird dies die weitere thermische Belastung verringern.
Obwohl die Idee, die Kolonie zu "begraben", im Prinzip erfolgreich angenommen wurde, wird sie in der Praxis eine unglaublich schwierige Aufgabe sein. „Ich habe noch kein Projekt gesehen, das damit umgehen könnte“, sagt Volcker. "Es sollen Roboter-Baufahrzeuge sein, die ferngesteuert werden können."
Einbetten oder abdecken?
Eine andere Methode, mit der das gewünschte Ergebnis erzielt werden konnte, liegt im Boden selbst. Penetratoren, die in der Lage sind, die Oberfläche während des Aufpralls zu durchdringen, wurden bereits (jedoch in kleinerem Maßstab) für mehrere Mondmissionen vorgeschlagen, wie beispielsweise Japans Lunar-A und Großbritanniens MoonLite (das Projekt ist derzeit verzögert, obwohl die Idee der Penetrationslandung so überzeugend war, dass die ESA sich für die Verwendung entschied für einen Mechanismus zur schnellen Abgabe von Proben zur Analyse von der Oberfläche und vom Untergrund eines Planeten oder Mondes). Der Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass die Basis beim Aufprall eingegraben wird, was bedeutet, dass sie vor dem Schutz relativ moderaten thermischen Bedingungen ausgesetzt wird.
Es wird jedoch weiterhin ein Problem mit der Energieversorgung geben, da ein typisches Durchdringungsprojekt nur sehr begrenzte Möglichkeiten für Solarenergie bietet. Es gibt auch die Probleme hoher Kollisionsbeschleunigungslasten und hoher Genauigkeit, die für die Führung erforderlich sind. „Die zum Graben der Struktur erforderliche Kollisionskraft wird sehr schwer mit den erforderlichen Funktionen der bemannten Basis in Einklang zu bringen sein“, sagt Trollope.
Eine Alternative dazu wäre, Mondregolith auf die Kolonie zu gießen, möglicherweise unter Verwendung von Maschinen wie Hydraulikbaggern. Aber um dies effektiv zu tun, muss man schnell arbeiten.
Wenn der Mondregolith nicht über die Kolonie gegossen werden kann, kann ein Hut aus mehrschichtiger Isolierung (MLI) darüber angebracht werden, um die Wärmeableitung zu verhindern. MLI-Wärmedämmstoffe werden häufig in Raumfahrzeugen verwendet, um sie vor der Kälte des Weltraums zu schützen.
Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass Solaranlagen zum Sammeln und Speichern von Energie an einem zweiwöchigen Mondtag verwendet werden können. Wenn jedoch nicht genügend Energie gesammelt wird, müssen alternative Energieerzeugungsmethoden in Betracht gezogen werden.
Thermoelektrische Generatoren könnten die Kolonie während des Nachtzyklus mit Energie versorgen: Obwohl sie einen geringen Wirkungsgrad haben, haben sie keine Probleme mit der Wartung, da sie keine beweglichen Teile haben. Thermoelektrische Radioisotopgeneratoren (RTGs) bieten einen hohen Wirkungsgrad und eine sehr kompakte Kraftstoffquelle. Die Basis muss jedoch vor Strahlung geschützt werden, damit sie Wärme übertragen kann. Die Logistik für die Installation eines entfernbaren Generators für radioaktive Isotope ist mit Problemen behaftet: Vom Start von der Erde bis zur Landung auf dem Mond bestehen Risiken sowie politische und sicherheitspolitische Probleme.
Spaltreaktoren könnten verwendet werden, aber es wird noch mehr Probleme mit ihnen geben, einschließlich der oben aufgeführten.
Und wenn thermonukleare Reaktoren entwickelt werden, können sie angesichts des Überschusses an Helium-3 auch auf dem Mond eingesetzt werden. Batterien - wie Lithium-Ionen-Batterien - können ebenfalls nützlich sein, sofern in einem zweiwöchigen Nachtzyklus ausreichend Sonnenenergie erzeugt wird.
Es besteht die Idee, die Station an der Oberfläche während des Nachtzyklus mit Strom zu versorgen, indem ein umlaufender Satellit verwendet wird, der Energie über Mikrowellen oder einen Laser überträgt. Diese Idee wurde vor 10 Jahren untersucht. Die Studie ergab, dass für eine große Mondbasis, die Hunderte von Kilowatt Energie benötigt, die von einem 50-Kilowatt-Laser aus der Umlaufbahn geliefert wird, eine Rectenna (eine Art Antenne, die elektromagnetische Energie in elektrischen Gleichstrom umwandelt) einen Durchmesser von 400 Metern und auf einem Satelliten einen Durchmesser von 5 Quadratmetern hat Kilometer Sonnenkollektoren. Die Internationale Raumstation ist ca. 3,3 qm groß. km Sonnenkollektoren.
Trotz erheblicher Schwierigkeiten beim Aufbau einer Kolonie, die dem harten nächtlichen Mondzyklus standhalten muss, sind sie nicht unüberwindbar. Mit dem richtigen Wärmeschutz und dem richtigen Stromerzeugungssystem während einer langen zweiwöchigen Nacht könnten wir in den nächsten zwanzig Jahren eine Mondkolonie haben. Und dann können wir unseren Blick weiter drehen.
