Der Mond soll unsere nächste Grenze sein. Wenn Artemis 3 (voraussichtlich) Ende 2025 startet, wird es die erste Mission seit der Apollo-Ära sein, bei der Menschen auf unserem Satelliten landen. Bis dahin könnte es eine neue Möglichkeit geben, sich auf dem grauen Staub des Mondes fortzubewegen, was den Schaden durch scharfe Mondregolithpartikel zumindest mildern könnte.
Ein internationales Forscherteam des ESA-PAVER-Projekts hat einen Weg gefunden, Mondstaub – oder zumindest ein von der ESA entwickeltes Stimulans dafür – mit Lasern zu schmelzen. Die Forscher feuerten Laserstrahlen auf den Mondboden, um ineinandergreifende Pflastersteine herzustellen, die zum Bau von asphaltierten Straßen und Landeplätzen verwendet werden könnten. Der ausgehärtete, geschmolzene Regolith ist robust genug, um dem Gewicht von Rovern und anderen Raumfahrzeugen bei minimaler Staubaufwirbelung standzuhalten, und alles könnte direkt auf dem Mond hergestellt werden.
„Diese Technologie soll in der ersten Phase (Überlebensfähigkeit) der Mondinfrastruktur und der Basisentwicklung eine wichtige Rolle spielen und im Laufe der Zeit zu allen Phasen der Monderkundung beitragen“, sagten die Forscher in einer kürzlich in Scientific Reports veröffentlichten Studie.
An der Oberfläche kratzen
Mondstaub ist nicht ohne Grund der Fluch für Mondraumschiffe und Astronauten. Auf der Erde sind Gestein, Glas und andere Materialien im Boden ständig Witterungseinflüssen wie Wind, Regen und fließendem Wasser ausgesetzt, weshalb Sandkörner oft an den Rändern glatt sind. Aufgrund des Mangels an Wind und flüssigem Wasser verwittert der Mondregolith kaum. Jedes Raumschiff, das auf dem Mond landet oder ihn überquert, ist durch den Staub, den es aufwirbelt, gefährdet, da unverwitterte Gesteins- und Glassplitter leicht empfindliche Instrumente zerkratzen und Oberflächen abnutzen können. Die geringe Schwerkraft auf dem Mond bedeutet auch, dass weiterhin gestörte Splitter herumfliegen und in alles eindringen.
Die PAVER-Wissenschaftler wollten eine Methode zur Herstellung von Pflastermaterialien aus Ressourcen entwickeln, die bereits auf dem Mond verfügbar sind. Der Transport von Vorräten von der Erde ist daher teuer und umständlich vor Ort Die Produktion wird wann immer möglich bevorzugt.
Der Hauptunterschied in diesen Simulationsexperimenten (neben dem Regolithsimulanz) bestand darin, dass ein CO2 Zum Erhitzen des Materials wurde ein Laser anstelle des konzentrierten Sonnenlichts verwendet, das Astronauten auf dem Mond verwenden würden.
Trittsteine
Es mussten Laserstrahlen unterschiedlicher Größe und Stärke getestet werden, um denjenigen zu finden, der das stärkste Pflastermaterial erzeugen würde. Während dieses Prozesses stellte das Forschungsteam fest, dass jede Überkreuzung oder Überlappung von Laserstrahlen zu inneren Rissen führen könnte, insbesondere da der Mondregolith voller Glas und anderer Silikate ist. Der Laser, der sich als am effektivsten erwies, verfügte schließlich über einen 45-mm-Strahl, der sich in einem bestimmten Muster über Staub bewegen konnte und dreieckige Formen erzeugte. Es schmolz die Regolithsimulation in 250 mm (nahe 10 Zoll) große Stücke mit einer Dicke von 15 mm (etwas mehr als einen halben Zoll) ein, die sich leicht miteinander verbinden ließen. Natürlich müssen diese für tatsächliche Mondoperationen vergrößert werden, um tatsächliche Raumfahrzeuge aufzunehmen.
Der bestrahlte und abgekühlte Regolith hatte drei verschiedene Schichten. Die oberste Schicht, eine Art Glas, und das kristallisierte Material in der mittleren Schicht waren beide geschmolzen. Die dünne Materialschicht am Boden war eher gesintert als geschmolzen, was bedeutet, dass es sich um das Produkt von Staub handelte, der zu einer porösen Masse zusammenklebte. Während dieses Material für sich allein schon dicht und stark genug war, sollten die von den Wissenschaftlern entworfenen geometrischen Formen seine Flexibilität und Widerstandsfähigkeit gegen Risse und Brüche maximieren.
Um zu sehen, ob sie dem Gewicht eines Raumfahrzeugs standhalten, wurden die Dreiecke Kompressionstests unterzogen, um zu sehen, wie viel Druck sie aushalten konnten, bevor sie brachen. Der höchste Wert lag bei 216,29 Megapascal (etwas über 30.000 Pfund pro Quadratzoll). Zum Vergleich: Die Apollo-Mondlandefähre wog 33.000 Pfund und ihr Gewicht verteilte sich auf weit mehr als einen Zoll.
Die Wissenschaftler geben zu, dass in dieser Forschung noch Fortschritte zu machen sind. Eine Linse zur Konzentration des Sonnenlichts würde einen Laser auf dem Mond ersetzen, daher sollte dies getestet werden. Dennoch lohnt es sich, diese Tests fortzusetzen, da für die Durchführung dieses Prozesses auf dem Mond nur wenige leichte Ausrüstungsteile erforderlich sind. Es könnte sogar möglich sein, sie rechtzeitig dorthin zu bringen, bevor die ersten Stiefel seit Apollo 17 wieder den Mond betreten.
Wissenschaftliche Berichte, 2023. DOI: 10.1038/s41598-023-42008-1