WAS IST MOON MINING?

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Seit wir begonnen haben, Missionen mit Besatzung zum Mond zu schicken, haben die Menschen von dem Tag geträumt, an dem wir ihn eines Tages kolonisieren könnten. Stellen Sie sich eine Siedlung auf der Mondoberfläche vor, in der sich jeder ständig nur etwa 15% so schwer fühlt wie hier auf der Erde. Und in ihrer Freizeit können die Kolonisten in Mondrovern alle Arten von coolen Forschungstouren über die Oberfläche unternehmen. Ich muss zugeben, es klingt lustig!

In jüngerer Zeit wurde die Idee vorgeschlagen, auf dem Mond zu schürfen und abzubauen. Dies ist zum Teil auf die erneute Erforschung des Weltraums zurückzuführen, aber auch auf den Aufstieg privater Luft- und Raumfahrtunternehmen und der NewSpace-Industrie. Angesichts der Missionen zu den Mondplänen für die kommenden Jahre und Jahrzehnte erscheint es logisch, darüber nachzudenken, wie wir dort auch den Bergbau und andere Industrien aufbauen könnten.

Vorgeschlagene Methoden:

Es wurden mehrere Vorschläge gemacht, um Bergbaubetriebe auf dem Mond einzurichten. zunächst von Weltraumagenturen wie der NASA, in jüngerer Zeit jedoch von privaten Interessen. Viele der frühesten Vorschläge wurden in den 1950er Jahren als Reaktion auf das Weltraumrennen gemacht, bei dem eine Mondkolonie als logisches Ergebnis der Monderkundung angesehen wurde.

Zum Beispiel schlug Arthur C. Clarke 1954 eine Mondbasis vor, auf der aufblasbare Module zur Isolierung mit Mondstaub bedeckt waren und die Kommunikation über einen aufblasbaren Funkmast erfolgte. Und 1959 schlug John S. Rinehart - der Direktor des Mining Research Laboratory an der Colorado School of Mines - eine röhrenförmige Basis vor, die über die Oberfläche „schweben“ würde.

Seit dieser Zeit haben die NASA, die US-Armee und die Luftwaffe sowie andere Weltraumagenturen Vorschläge zur Schaffung einer Mondregelung veröffentlicht. In allen Fällen enthielten diese Pläne Zulagen für die Ressourcennutzung, um die Basis so autark wie möglich zu machen. Diese Pläne waren jedoch älter als das Apollo-Programm und wurden nach dessen Abschluss weitgehend aufgegeben. Erst in den letzten Jahrzehnten wurden erneut detaillierte Vorschläge gemacht.

Während der Bush-Administration (2001-2009) hatte die NASA beispielsweise die Möglichkeit, einen „Mondaußenposten“ zu schaffen. In Übereinstimmung mit ihrer Vision für die Weltraumforschung (2004) sah der Plan den Bau einer Basis auf dem Mond zwischen 2019 und 2024 vor. Einer der Schlüsselaspekte dieses Plans war die Verwendung von ISRU-Techniken zur Erzeugung von Sauerstoff aus dem umgebenden Regolithen.

Diese Pläne wurden von der Obama-Regierung annulliert und durch einen Plan für eine Mars Direct-Mission (bekannt als "Reise zum Mars" der NASA) ersetzt. Während eines Workshops im Jahr 2014 trafen sich Vertreter der NASA mit dem Harvard-Genetiker George Church, Peter Diamandis von der X Prize Foundation und anderen Experten, um kostengünstige Optionen für die Rückkehr zum Mond zu erörtern.

Die Workshop-Papiere, die in einer Sonderausgabe von veröffentlicht wurden Neuer Raumbeschreiben, wie eine Siedlung auf dem Mond bis 2022 für nur 10 Milliarden USD gebaut werden könnte. Ihren Arbeiten zufolge wäre eine kostengünstige Basis dank der Entwicklung des Weltraum-Startgeschäfts, des Aufkommens der NewSpace-Industrie, des 3D-Drucks, autonomer Roboter und anderer kürzlich entwickelter Technologien möglich.

Im Dezember 2015 fand im Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum ein internationales Symposium mit dem Titel „Mond 2020-2030 - Eine neue Ära der koordinierten Erforschung von Menschen und Robotern“ statt. Zu dieser Zeit brachte der neue Generaldirektor der ESA (Jan Woerner) den Wunsch der Agentur zum Ausdruck, eine internationale Mondbasis mit Roboterarbeitern, 3D-Drucktechniken und In-situ-Ressourcennutzung zu schaffen.

2010 richtete die NASA den Robotic Mining Competition ein, einen jährlichen Anreizwettbewerb, bei dem Universitätsstudenten Roboter entwerfen und bauen, um in einer simulierten Marsumgebung zu navigieren. Einer der wichtigsten Aspekte des Wettbewerbs ist die Entwicklung von Robotern, die sich darauf verlassen können, dass ISRU lokale Ressourcen in nutzbare Materialien umwandelt. Die erzeugten Anwendungen werden wahrscheinlich auch bei zukünftigen Mondmissionen von Nutzen sein.

Andere Raumfahrtagenturen haben ebenfalls Pläne für Mondbasen in den kommenden Jahrzehnten. Die russische Weltraumagentur (Roscosmos) hat Pläne für den Bau einer Mondbasis bis 2020 veröffentlicht, und die chinesische nationale Weltraumagentur (CNSA) schlug vor, dank des Erfolgs ihres Chang'e-Programms eine solche Basis in einem ähnlichen Zeitraum zu errichten.

Und die NewSpace-Branche hat in letzter Zeit auch einige interessante Vorschläge gemacht. Im Jahr 2010 kam eine Gruppe von Unternehmern aus dem Silicon Valley zusammen, um Moon Express zu gründen, ein privates Unternehmen, das kommerzielle Transport- und Datendienste für Mondroboter sowie das langfristige Ziel des Mondabbaus anbieten will. Im Dezember 2015 bauten und testeten sie als erstes Unternehmen, das um den Lunar X-Preis kämpfte, einen Roboterlander - den MX-1.

Im Jahr 2010 wurde Arkyd Astronautics (2012 in Planetary Resources umbenannt) ins Leben gerufen, um Technologien für den Asteroidenabbau zu entwickeln und einzusetzen. Im Jahr 2013 wurde Deep Space Industries mit dem gleichen Ziel gegründet. Obwohl sich diese Unternehmen vorwiegend auf Asteroiden konzentrieren, ähnelt der Reiz dem Mondabbau, der die Ressourcenbasis der Menschheit über die Erde hinaus erweitert.

Ressourcen:

Basierend auf der Untersuchung von Mondgesteinen, die von den Apollo-Missionen zurückgebracht wurden, haben Wissenschaftler erfahren, dass die Mondoberfläche reich an Mineralien ist. Ihre Gesamtzusammensetzung hängt davon ab, ob die Felsen aus der Mondmaria (große, dunkle Basaltebenen, die durch Mondausbrüche entstanden sind) oder aus dem Mondhochland stammen.

Aus Mondmaria gewonnene Gesteine zeigten große Metallspuren mit 14,9% Aluminiumoxid (Al²O³), 11,8% Calciumoxid (Kalk), 14,1% Eisenoxid, 9,2% Magnesia (MgO), 3,9% Titandioxid (TiO²) und 0,6% Natrium Oxid (Na²O). Diejenigen, die aus dem Mondhochland erhalten werden, haben eine ähnliche Zusammensetzung mit 24,0% Aluminiumoxid, 15,9% Kalk, 5,9% Eisenoxid, 7,5% Magnesia und 0,6% Titandioxid und Natriumoxid.

Dieselben Studien haben gezeigt, dass Mondgesteine große Mengen an Sauerstoff enthalten, hauptsächlich in Form von oxidierten Mineralien. Es wurden Experimente durchgeführt, die gezeigt haben, wie dieser Sauerstoff extrahiert werden kann, um Astronauten mit atmungsaktiver Luft zu versorgen, und um Wasser und sogar Raketentreibstoff herzustellen.

Der Mond hat auch Konzentrationen von Seltenerdmetallen (REM), die aus zwei Gründen attraktiv sind. Einerseits gewinnen REMs für die Weltwirtschaft zunehmend an Bedeutung, da sie in elektronischen Geräten weit verbreitet sind. Andererseits werden 90% der derzeitigen REM-Reserven von China kontrolliert. Ein ständiger Zugang zu einer externen Quelle wird daher von einigen als nationale Sicherheitsfrage angesehen.

In ähnlicher Weise enthält der Mond erhebliche Mengen Wasser in seinem Mondregolithen und in den permanent beschatteten Gebieten in seinen nördlichen und südlichen Polarregionen. Dieses Wasser wäre auch als Quelle für Raketentreibstoff wertvoll, ganz zu schweigen von Trinkwasser für Astronauten.

Darüber hinaus haben Mondgesteine gezeigt, dass das Innere des Mondes auch bedeutende Wasserquellen enthalten kann. Aus Mondbodenproben wird berechnet, dass adsorbiertes Wasser in Spuren von 10 bis 1000 ppm vorhanden sein könnte. Anfänglich war es jedoch so, dass die Wasserkonzentration in den Mondgesteinen das Ergebnis einer Kontamination war.

Seitdem haben mehrere Missionen nicht nur Wasserproben auf der Mondoberfläche gefunden, sondern auch Beweise dafür gefunden, woher sie stammen. Das erste war Indiens Chandrayaan-1 Mission, die am 18. November 2008 einen Impaktor an die Mondoberfläche schickte. Während des 25-minütigen Abstiegs fand der Chandra Altitudinal Composition Explorer (CHACE) der Aufprallsonde Hinweise auf Wasser in der dünnen Mondatmosphäre.

Im März 2010 ist das Mini-RF-Instrument an Bord Chandrayaan-1 entdeckte mehr als 40 permanent abgedunkelte Krater in der Nähe des Nordpols des Mondes, von denen angenommen wird, dass sie bis zu 600 Millionen Tonnen (661,387 Millionen US-Tonnen) Wassereis enthalten.

Im November 2009 machte die NASA LCROSS-Raumsonde ähnliche Funde in der südlichen Polarregion, als ein Impaktor, der an die Oberfläche geschickt wurde, Material aufwirbelte, von dem gezeigt wurde, dass es kristallines Wasser enthält. Im Jahr 2012 ergaben Untersuchungen des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), dass Eis bis zu 22% des Materials auf dem Boden des Shakleton-Kraters (in der südlichen Polarregion) ausmacht.

Es wurde angenommen, dass all dieses Wasser durch eine Kombination von Mechanismen geliefert wurde. Zum einen hätte ein regelmäßiger Beschuss durch wasserführende Kometen, Asteroiden und Meteoroiden über geologische Zeiträume einen Großteil davon ablagern können. Es wurde auch argumentiert, dass es lokal durch die Wasserstoffionen des Sonnenwinds in Kombination mit sauerstofftragenden Mineralien erzeugt wird.

Aber das vielleicht wertvollste Gut auf der Oberfläche des Mondes könnte Helium-3 sein. Helium-3 ist ein Atom, das von der Sonne in großen Mengen emittiert wird, und ist ein Nebenprodukt der Fusionsreaktionen, die im Inneren stattfinden. Obwohl Helium-3 heute kaum nachgefragt wird, glauben Physiker, dass sie als idealer Brennstoff für Fusionsreaktoren dienen werden.

Der Sonnenwind der Sonne trägt das Helium-3 von der Sonne weg und in den Weltraum - schließlich vollständig aus dem Sonnensystem. Aber die Helium-3-Partikel können gegen Objekte wie den Mond stoßen, die ihnen im Weg stehen. Wissenschaftler konnten hier auf der Erde keine Helium-3-Quellen finden, aber es scheint in großen Mengen auf dem Mond zu sein.

Leistungen:

Aus kommerzieller und wissenschaftlicher Sicht gibt es mehrere Gründe, warum der Mondabbau der Menschheit zugute kommen würde. Für den Anfang wäre es für Pläne, eine Siedlung auf dem Mond zu errichten, unbedingt erforderlich, da die In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) weitaus kostengünstiger wäre als der Transport von Materialien von der Erde.

Es wird auch vorausgesagt, dass die vorgeschlagenen Weltraumerkundungsbemühungen für das 21. Jahrhundert große Mengen an Material erfordern werden. Das, was auf dem Mond abgebaut wird, würde aufgrund der viel geringeren Schwerkraft und Fluchtgeschwindigkeit des Mondes zu einem Bruchteil der Kosten dessen, was hier auf der Erde abgebaut wird, in den Weltraum gebracht.

Darüber hinaus verfügt der Mond über eine Fülle von Rohstoffen, auf die sich die Menschheit stützt. Ähnlich wie die Erde besteht es aus Silikatgesteinen und Metallen, die zwischen geochemisch unterschiedlichen Schichten unterschieden werden. Diese bestehen aus einem eisenreichen inneren Kern und einem eisenreichen flüssigen äußeren Kern, einer teilweise geschmolzenen Grenzschicht und einem festen Mantel und einer Kruste.

Darüber hinaus ist seit einiger Zeit bekannt, dass eine Mondbasis - die Ressourcenoperationen umfassen würde - ein Segen für Missionen sein würde, die weiter im Sonnensystem liegen. Für Missionen, die in den kommenden Jahrzehnten zum Mars, zum äußeren Sonnensystem oder sogar zu Venus und Merkur führen, würde die Möglichkeit, von einem Mondaußenposten aus wieder versorgt zu werden, die Kosten für einzelne Missionen drastisch senken.

Herausforderungen:

Natürlich birgt die Aussicht, auf dem Mond Bergbauinteressen aufzubauen, auch einige ernsthafte Herausforderungen. Zum Beispiel müsste jede Basis auf dem Mond vor Oberflächentemperaturen geschützt werden, die von sehr niedrig bis hoch reichen - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) bis 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F). - am Äquator und durchschnittlich 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) in den Polarregionen.

Strahlenexposition ist ebenfalls ein Problem. Aufgrund der extrem dünnen Atmosphäre und des Fehlens eines Magnetfelds erfährt die Mondoberfläche halb so viel Strahlung wie ein Objekt im interplanetaren Raum. Dies bedeutet, dass Astronauten und / oder Mondarbeiter einem hohen Risiko ausgesetzt sind, kosmischen Strahlen, Protonen des Sonnenwinds und der durch Sonneneruptionen verursachten Strahlung ausgesetzt zu sein.

Dann ist da noch der Mondstaub, eine extrem abrasive glasartige Substanz, die durch Milliarden von Jahren von Mikrometeoriteneinschlägen auf die Oberfläche gebildet wurde. Aufgrund der fehlenden Verwitterung und Erosion ist Mondstaub ungerundet und kann die Maschinen zerstören und ein Gesundheitsrisiko darstellen. Am schlimmsten ist, dass es an allem haftet, was es berührt, und ein großes Ärgernis für die Apollo-Crews war!

Und obwohl die niedrigere Schwerkraft für Starts attraktiv ist, ist unklar, welche langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen dies auf den Menschen haben wird. Wie wiederholte Untersuchungen gezeigt haben, führt die monatelange Exposition gegenüber der Schwerelosigkeit zu Muskelschwund und Verlust der Knochendichte sowie zu einer verminderten Organfunktion und einem geschwächten Immunsystem.

Darüber hinaus gibt es die potenziellen rechtlichen Hürden, die der Mondabbau darstellen könnte. Dies ist auf den „Vertrag über Grundsätze für die Aktivitäten von Staaten bei der Erforschung und Nutzung des Weltraums, einschließlich des Mondes und anderer Himmelskörper“ zurückzuführen, der auch als „Weltraumvertrag“ bezeichnet wird. Gemäß diesem Vertrag, der vom Büro der Vereinten Nationen für Weltraumangelegenheiten überwacht wird, darf keine Nation Land auf dem Mond besitzen.

Und obwohl viel über eine „Lücke“ spekuliert wurde, die Privateigentum nicht ausdrücklich verbietet, gibt es hierzu keinen rechtlichen Konsens. Da die Erkundung des Mondes und der Bergbau immer wichtiger werden, muss ein rechtlicher Rahmen ausgearbeitet werden, der sicherstellt, dass alles auf dem Vormarsch ist.

Obwohl es noch ein langer Weg ist, ist es nicht unangemessen zu glauben, dass wir eines Tages den Mond abbauen könnten. Und da das reichhaltige Angebot an Metallen (einschließlich REMs) Teil unserer Wirtschaft wird, könnten wir auf eine Zukunft blicken, die von Postknappheit geprägt ist!

Wir haben hier im Space Magazine viele Artikel über Mondabbau und Kolonialisierung geschrieben. Hier sind: Wer waren die ersten Männer auf dem Mond? Was waren die ersten Mondlandungen? Wie viele Menschen sind auf dem Mond gelaufen? Können Sie Land auf dem Mond kaufen? Und bauen Sie eine Weltraumbasis, Teil 1: Warum meine weiter Der Mond oder ein Asteroid?

Weitere Informationen finden Sie in dieser Infografik zu Moon Mining vom Jet Propulsion Laboratory der NASA.

Astronomy Cast hat auch einige interessante Episoden zu diesem Thema. Hören Sie hier - Episode 17: Woher kam der Mond? und Episode 113: Der Mond - Teil I.

Quellen: