Stellen Sie sich vor, der Mond könnte den gesamten Treibstoff für die zukünftige Weltraumforschung erzeugen. Nun, das ist Teil des Plans zu meins der Mond für Wasser, eine neue Mission für Dr. Philipp (Phil) Metzger, ein planetarischer Wissenschaftler mit der Florida Weltrauminstitut (FSI) an der Universität von Central Florida, und Julie Brisset, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter bei FSI.

Ihr neuer Vertrag mit der United Launch Alliance (ULA) fordert, dass sie eine praktikable Methode entwickeln, um Wasser aus den Tiefen des Mondes kostengünstig und effizient zu gewinnen.

ULA is ein Joint Venture zwischen Lockheed Martin und The Boeing Company, das in 2006 gegründet wurde, um zuverlässige und kostengünstige Raumfahrt-Startdienste für die NASA und andere US-Regierungsbehörden bereitzustellen.

Das Projekt wird von Metzger geleitet, der fast drei Jahrzehnte lang am Kennedy Space Center gearbeitet hat und mitbegründet hat KSC Sumpfarbeiten - eine Hands-on Labor, das Innovationen beschleunigt, um der NASA und der Erde zu helfen - bevor ich UCF beitrat.

Die Anwesenheit von Wasser auf dem Mond, sowohl in der Nähe des Mondpols als auch auf dem Mond Oberfläche des Mondes wird durch Daten von verschiedenen Weltraummissionen unterstützt.

Warum meinen Mond für Wasser?

Die Fähigkeit, lunare Gewässer zu fördern, würde ULAs Ziel voranbringen, da Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden könnte, um Raketentreibstoff im Weltraum zu erzeugen. Die Fähigkeit, im Weltraum zu tanken, öffnet die Tür für mehr Startmöglichkeiten und niedrigere Transportkosten im gesamten Mondraum und darüber hinaus.

Das abgebaute Wasser könnte auch für andere Zwecke verwendet werden, einschließlich Lebenserhaltungssysteme, Strahlenschutz und Trinkwasser für Weltraumforscher.

Es könnte auch der ULA helfen, ihre Vision einer sich selbst erhaltenden Weltraumwirtschaft in CisLunar, dem Raum zwischen der Erde und dem Mond, zu verwirklichen.

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"Es ist lebenswichtig, dass die Menschheit die Grenzen dieses einen Planeten überschreitet", sagte Metzger.

"Unsere Zivilisation ist so stark gewachsen, dass wir den Planeten überanstrengen, Arten zum Aussterben bringen, die Atmosphäre und den Ozean verschmutzen und die besten Ressourcen verbrauchen, die Entwicklungsländer benötigen, um zu einem besseren Lebensstandard zu gelangen. Wir wissen, wie wir die Industrie in den Weltraum bringen können, um diese globalen Herausforderungen anzugehen, und der Abbau von Wasser auf dem Mond ist ein wirtschaftlich rentabler erster Schritt. Ich freue mich über den Mondbergbau nicht nur, weil es die Erforschung des Weltraums erschwinglicher macht und bessere Wissenschaft im Sonnensystem hervorbringt, sondern weil es auf dem kritischen Weg ist, eine Spezies des Sonnensystems zu werden und die Probleme auf dem Planeten Erde zu lösen. "

Vorgeschlagene Technik für den Abbau von Wasser

Bis jetzt haben Forscher, die den Mond für Wasser abbauen wollen, versucht, Wege zu finden, den Regolith des Mondes zu sammeln, in dem Wasser in kalten Eisbrocken eingeschlossen ist, und es dann zu Verarbeitungsanlagen auf dem Mond zu transportieren. Der Regolith ist die Schicht aus unkonsolidiertem Gesteinsmaterial, das das Grundgestein bedeckt.

Der mehrstufige Ansatz würde jedoch eine große Ausrüstung erfordern, um die Eisbrocken zu entfernen und sie zu Verarbeitungsanlagen zu transportieren.

"Wenn es darum geht, Dinge in den Weltraum zu bringen, zählt das Gewicht", sagte Metzger in einer Erklärung.

"Wir sehen uns also eine Technik an, die weniger Material benötigt, das Sie transportieren müssen.

Die vorgeschlagene Technik besteht darin, das Wasser in situ zu extrahieren, was die Notwendigkeit schwerer Baumaschinen überflüssig machen würde und den zusätzlichen Schritt des Erdtransports überflüssig machen würde. Es würde Löcher in die Tiefen des Mondes bohren, Hitze durch die Löcher pumpen, um den Regolith zu erhitzen, und den freigesetzten Wasserdampf durch Rohre in den Löchern sammeln.

Metzger kam auf die Idee, das Wasser an Ort und Stelle zu verdampfen, weil er die Phasenänderung des Erzes - das Schmelzen oder Verdampfen - beim Bergbau und der Veredelung hier auf der Erde benutze, sagte er.

"Im Weltraum ist es anders, weil der gesamte Mond in einem harten Vakuum ist, also wird das Eis anstatt zu schmelzen direkt zu Dampf verdampfen", sagte Metzger.

"Vor Jahren habe ich einige Computermodelle erstellt, um zu sehen, ob die Energieanforderungen vernünftig sind, und ich kam zu dem Schluss, dass dies der Fall ist. Allerdings hatte ich nie wieder die Gelegenheit, daran zu arbeiten. In jüngerer Zeit hat George Sowers (früher Chefingenieur bei der United Launch Alliance oder ULA, jetzt bei der Colorado School of Mines) diese Idee selbst entwickelt und mich gebeten, bei der Untersuchung mitzuhelfen. ULA möchte der Kunde eines Mondbergbaus sein und sucht nach Wegen, wie ein anderes Unternehmen weniger teuer arbeiten könnte. Die Verdampfung des Wassers an Ort und Stelle scheint weniger Ausrüstung zu erfordern als jede andere Methode, so dass es das günstigste Wasser im Raum produziert. "

Die Technik könnte verwendet werden, um Wasser in verschiedenen Tiefen abzubauen, aber die optimale Tiefe ist eine Frage der Kosten-Nutzen-Analyse.

"Wir wissen von der LCROSS-Mission der NASA, wo sie ein Raumschiff in einen dunklen Krater am Südpol des Mondes traf, dass sich das Mondwasser im Boden von der Oberfläche bis in eine Tiefe von 2 oder 3 oder noch tiefer mischt", sagte Metzger.

"Wir können so oberflächennah wie wir wollen, also ist es ein Kompromiss, mehr Ausrüstung und Energie zu verwenden, um tiefer zu graben oder Ihre Ausrüstung öfter zu bewegen, um flacher zu bleiben. Jedes Mal, wenn du anfängst, einen Ort zu verminen, erhitzst du den Boden in diesem Bereich. Das ist eine Investition in Energie, von der man nicht beiläufig weglaufen möchte. Wenn Sie also weiter Wasser von demselben Ort bekommen können, dann haben Sie einen Anreiz, dies auch weiterhin zu tun. Letztendlich werden wir die Antwort auf diese Frage erst nach der Recherche erfahren. Wir werden untersuchen, wie effizient es ist, in unterschiedlichen Tiefen zu minen. "

Lebensfähigkeit der vorgeschlagenen Technik

Metzger und Brisset müssen feststellen, ob ihre Technik realistisch und kostengünstig ist. Brisset, der mehrere Abschlüsse in Mechanik, Raumfahrttechnik und Physik hat, wird die Algorithmen entwickeln, um die Computersimulationen auszuführen, die hoffentlich zu einem brauchbaren Modell führen werden.

Während der Regolith nach den Daten, die er besitzt, beheizt werden kann, muss er "die richtige geometrische Konfiguration der Löcher herausfinden, um den erhitzten Bereich zu vergrößern", sagte Brisset in einer Stellungnahme.

Andernfalls würde der größte Teil der Wärme zerstreut und verschwendet werden.

"Wenn wir es richtig machen, sollten wir in der Lage sein, die Fläche und die Zeit, die es warm bleibt, zu erhöhen", fügte sie hinzu. "Wir werden viel modellieren."

Metzger glaubt, dass er und sein Team die notwendige Hardware aufbauen könnten, um die Technik innerhalb von drei Jahren zu implementieren, falls die NASA dies innerhalb dieses Zeitrahmens wollte und Mittel zur Verfügung stellte.

"Es würde immer noch ein erhebliches Risiko geben, dass es nicht funktioniert, weil wir nicht genügend Informationen über den Zustand des Bodens und des Eises in diesen dunklen Mondkratern haben", sagte er.

"Wenn wir also dieses System bauen und es dorthin schicken, könnte es weniger als 50 prozentual die Chance haben, so viel Wasser zu produzieren, wie wir hoffen."

Für ein sichereres Ergebnis würde Metzger es bevorzugen, zuerst mehr Informationen über den Zustand des Bodens zu erhalten.

"Eine klügere Herangehensweise besteht also darin, zuerst etwas zu suchen", sagte er.

"Schicke einen Rover zum Fahren, um die Bodeneigenschaften und die Verteilung des Eises zu messen. Die NASA hat eine solche Mission entwickelt, die Resource Prospector Mission, die um 2022 zum Mond gehen wird. Diese Mission wird nicht in die tiefsten Krater gehen, wo das meiste Wasser ist, denn es wäre eine schwierigere Mission ohne Sonnenenergie, ohne direkte Sichtverbindung zur Erde und mit den extremen Temperaturen und Zugangsbedingungen. Trotzdem sollten wir im Krater schürfen. Nachdem wir den Zustand des Bodens kennen, wird es nur noch 2 oder 3 Jahre dauern, um die Hardware zu bauen und sie zu senden, um mit dem Bergbau zu beginnen, wenn es eine ausreichende Startkapitalfinanzierung gibt. "