1. Vorwort

Ist die Errichtung von Gebäuden auf dem Mond oder auf anderen Himmelskörpern mit vertretbarem Aufwand realistisch?

Die ersten Bauten unter verminderter Schwere auf dem Mond oder auf anderen Planeten würden sicherlich großenteils vorgefertigt und so unabhängig als möglich sein. Diese Bauwerke können als Unterkunft für die dort arbeitenden Menschen dienen, als Forschungseinrichtungen sowie als Fertigungsgebäude und Werkstätten.

Zu berücksichtigen sind die besonderen Einflüsse der Umwelt: Die Schwerkraft des Mondes beträgt 16,6 % des irdischen Wertes, die des Mars 38 %. Der Mond besitzt praktisch keine Atmosphäre, der Mars eine dünne Gashülle von 0,007 bar. Vorgefertigte Bauten sind also ohne weiteres auf der Oberfläche zu errichten. Jedoch ist kein ausreichender Schutz vor Strahlung aus dem Weltraum vorhanden. Auf der Erde übernehmen die Atmosphäre und ein ausgeprägtes Magnetfeld diese Schutzfunktion. Der einfachste Schutz vor der Strahlung ist durch Oberflächenmaterial zu erzielen, das die Bauten bedeckt.

 

 

2. Konstruktionsentwürfe

Die ersten Bauwerke der Aufbauphase bestehen aus zwei Segmenten: Einer Überdachung und einer darüberliegenden Abschirmung gegen Strahlung. Für diese Abschirmung ist eine 1,5-2 m dicke Schicht des Mondgesteins Regolith notwendig. Die Überdachung kann unter Druck stehen. Zusätzlich ist für besonders stark abgeschirmte Schutzräume zu sorgen, die als sicherer Ort während Zeiten erhöhter Strahlung bei Sonneneruptionen dienen. Damit ist eine Abschirmung von 3.0 m Stärke gemeint. Drei Meter Regolith haben eine Masse von 10 Tonnen pro Quadratmeter, was bekanntlich der irdischen Atmosphäre entspricht.


2.1. Flachbauwerke

Der die Konstruktion stützende Regolith liegt auf Böden, die über Gitterbalken mit Pfeilern verbunden sind. Die Pfeiler werden sektionsweise errichtet.



Die Böden bestehen aus eingeformtem und mit Glasfaser verstärktem Regolith. Das Einformen erfolgt auf dem eingeebneten Mondboden (Einschmelzen mittels eines Sonnen- bzw. Elektroofens oder Binden des Regoliths mit Zement). Zu Beginn können auch Aluminiumböden Verwendung finden, doch der Transport größerer Bleche von der Erde ist nur unter erheblichen Schwierigkeiten durchführbar. Pneumatische Hebevorrichtungen bringen schließlich diese Stützstruktur auf die erforderliche Höhe.

 

 

2.2. Wölbbauweise

In diesem Fall verhindert der auf der Struktur auf liegende Regolith das Auftreten von Zugkräften, so dass keine verstärkende Konstruktion notwendig ist.



Die Bestandteile eines solchen Bogens können ebenfalls aus eingeformtem Regolith hergestellt und über einer beweglichen pneumatischen Stützstruktur errichtet werden. Die Bögen werden abschnittsweise errichtet. Nachdem sich eine Sektion an Ort und Stelle befindet und mit Regolith bedeckt ist, wird die Stützstruktur abgesetzt und ein Stück vorwärts gerückt, um einen neuen Wölbbogen zu erstellen.

Das tragende Gitter ist durch Pflöcke oder durchgehende Tau im Boden verankert.


2.3. Kuppelbauten

Bei diesem Konzept trägt eine pneumatische Struktur ständig den Regolith.



Die vorgefertigte Konstruktion liegt zunächst auf der eingeebneten Oberfläche auf. Das Regolithgestein wird über die Struktur geschoben und die Konstruktion aufgeblasen. Der Regolith hebt sich mit der Struktur, bis eine niedrige Kuppel entstanden ist.

So errichtete Kuppelbauten nehmen beim Transport wenig Platz ein und sind auf Grund ihres geringen Gewichtes leicht zu handhaben. Zudem besteht seit über 50 Jahren beträchtliche Erfahrung auf diesem Gebiet.


2.4. Vorgefertigte Module


Fertige Module sind zu Beginn der Aufbauphase einer Mondbasis für die Aufnahme bis zu sechs Personen verwendbar.



Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind in Forschungsstationen oder als zeitweilige Unterkunft bei Projekten wie der bemannten Erforschung des Mars zu finden. Die Tragstruktur über den Modulen ist mit einer Kohlefaser - Membran bespannt, die das Ablagern der ca. 1 mm großer Regolithkörner erlaubt.

 

 

2.6. Bauwerke aus Beton

Die geringere Schwerkraft erlaubt größere Spannweiten freitragender Spannbetonbauwerke (z. B. auf dem Mond um den Faktor 2,4).



Nachfolgende Abbildung (Abb. in Kürze verfügbar) zeigt ein dreistöckiges Gebäude. Der Durchmesser beträgt 64 m, der Innendruck 1 bar. Der zylindrische Tank dient als Schutzraum im Falle eines Luftlecks oder während einer Sonneneruption. Das Dach ist mit Mondmaterial in einer Dicke von 2-6 m als Strahlungsschutz bedeckt.

Vorteile von Beton als Baumaterial sind der geringere Energieaufwand zur Herstellung, beliebige Formgebung, hohe Stabilität in einem großen Temperaturbereich (z. B. auf dem Mond -150 bis 120 °C), Strahlungsschutz-Eigenschaften, und Verwitterungsbeständigkeit gegen Mikrometeorite.

 

 

3. Materialgewinnung und -verarbeitung

Die am einfachsten gewinnbaren Materialien sind die der Oberfläche. Auf der Mondoberfläche bestehen sie meist aus feinem Mondstaub, der in der Vergangenheit durch den Aufprall von Meteoriten entstanden ist. Diese Schicht, Regolith genannt, reicht in eine Tiefe von 1 bis 20 m. Das Oberflächenmaterial ist ausnehmend reich an Sauerstoff (41%), so dass das wichtigste Element an Ort und Stelle gewinnbar ist. Die Analyseergebnisse sind unten angeführt, vergleichend dazu die Ergebnisse der VIKING-Sonden für den Marsboden an zwei Stellen.



Weitere abbauwürdige Elemente der Mondoberfläche wären Natrium, Chrom, Mangan, Phosphor, Schwefel und Kalium. Sie stellen 1,074 des Ausgangsmaterials.


3.1. Gewinnung vorhandener Rohstoffe

Die einfachste Möglichkeit besteht im Erhitzen des Mondmaterials. Dabei gasen die Elemente aus, die durch den Sonnenwind in den Mondstaub eingebracht wurden (vorwiegend Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Kohlenstoff). Über den bereits industriell genutzten Carbonyl-Prozess können Metalle gewonnen werden, die zuvor im Mondstaub mit einem Magneten angereichert werden. Hauptprodukt wäre Eisen hoher Reinheit, Nebenprodukte Nickel und Kobalt, jedoch in geringen Mengen.

Sauerstoff lässt sich durch Oxidation dieses Elementes aus einem Oxid (z. B. Ilmenit) oder aus Silikaten (z. B. Basalt) extrahieren. Unter anderem ist die Elektrolyse geschmolzenen Silikats eine Gewinnungsmethode. Dieses Verfahren erlaubt auch die Extraktion anderer Metalle, die sich zusammen mit Eisen an der Kathode anlagern. Zahlreiche andere Verfahren sind in Untersuchung, doch nur wenige sind außerhalb des Labors getestet.

 

 

3.2. Verarbeitungsmethoden

Die Errichtung ständig genutzter Bauten auf‘ dem Mond erfordert eine große Anzahl von Ausrüstungsgegenständen und Transportgerät. Wegen der Vielzahl an Entwicklungen soll hier nur ein praktisches Beispiel vorgestellt werden. Zur in situ - Konstruktion von Bauten auf lockeren Mond- bzw. Marsböden wie zu deren Erforschung muss eine Bohrvorrichtung vorhanden sein, die halbautomatisch mittels Fernsteuerung Bohrlöcher erzeugt und diese mit einem stabilen Mantel versieht. Ergebnis der Forschung war ein Bohrstab, der lockeres Material und kleinere Gesteinsbrocken mechanisch zertrümmert und aus dem Loch transportiert. Die Hülle des Bohrlochs wird erhitzt, bis der Mondstaub bzw. der Marssand schmelzen und das Loch mit einer glasartigen Masse umgeben.


Als Energieversorgung könnten elektrische Kabel oder ein nuklear getriebenes Energiesystem dienen. Eine 1974 für den Gebrauch auf der Erde entwickelte Bohrvorrichtung ("Geoprospektor") bestätigte die Machbarkeit dieser Maschine. Sie wird verwendet, um die Streckenführung eines vorgeschlagenen Tunnels in lockerem Gestein zu erkunden.


4. Kosten und Nutzen

4.1. Errichtung einer Mondbasis und KostenanalyseSeit den 60-er Jahren sind verschiedene Szenarien in Untersuchung.


Berechnungsbeispiel

Nachfolgendes Berechnungsbeispiel schließt den dreijährigen Betrieb der Basis mit ein, obgleich der Stützpunkt eine weit längere Zeit in Benutzung sein könnte und sinnvollerweise auch sein sollte.



Insgesamt würde der Aufbau und Betrieb einer Station 52,1 Milliarden US-$ kosten (Kostenaufstellung 1984). Die Kosten des Mondlandeprogramms betrugen im Vergleich 75 Milliarden (zu 1984) äquivalente US-$. Der Aufbau einer ähnlichen Station auf dem Mars würde ungleich höhere Kosten verursachen. Besonders die lange Flugdauer von mindestens 220 Tagen würde zahlreiche kapitalintensive Neuentwicklungen bedingen.

 

 

Funktionen

Eine bemannte Basis auf dem Mond kann drei Funktionen erfüllen. Die erste beinhaltet die wissenschaftliche Untersuchung des Mondes und seiner Umgebung. Ähnlich der McMurdo Basis in der Antarktis würde die Mondbasis die notwendige Infrastruktur bieten, um unser Wissen über den Mondaufbau, die Geologie im allgemeinen, über die Geophysik und andere Gebiete zu erweitern.





Besonders auf der Rückseite des Mondes können astronomische Geräte wegen der fehlenden Lufthülle und der Abschirmung vor terrestrischen Störquellen wesentlich exaktere Messungen vornehmen (kein Streulicht, keine Absorption der meisten Wellenlängen, keine Funkwellen, usw.).



Weitere Möglichkeiten sind Fortschritte in den Materialwissenschaften, Bioverfahren, der auf dem Mondmaterial basierenden Physik und Chemie sowie in der Erforschung von Systemen der Materialwiederverwertung. Diese Funktionen könnte eine Forschungsstation auf dem Mars ebenfalls teilweise erfüllen.

 

 

Weitere Funktionen

Die zweite Funktion liegt in der Fähigkeit, das Mondmaterial für den Bau einer Basis sowie innerhalb des Systems Erde-Mond zu verwenden. Allein das wesentlich geringere Schwerkraftpotential des Mondes legt diese Überlegung nahe. So beträgt zum Beispiel die Nutzlast des Shuttle nur 1,5% der Gesamtmasse. Von der Mondoberfläche aus kann der Nutzlastanteil ungefähr 50% betragen. So ließen sich unter anderem Sonnenkollektorfarmen außerhalb der energieabsorbierenden Atmosphäre oder Schutzsysteme gegen Asteroiden realisieren. Die Bahn von Asteroiden ließe sich bei rechtzeitiger Erkennung der Gefahr durch Erhitzen mit einem Laser ablenken.



Die dritte und letzte Nutzungsmöglichkeit ist vielleicht die interessanteste. Der Gedanke ist, die Forschung und Entwicklung mit dem Ziel durchzuführen, eine sich großenteils selbstversorgende Basis auf dem Mond zu schaffen, die erste extraterrestrische ,,Kolonie“. Obgleich das Geschehen auf dem Mond stattfände, würde die dann entwickelte Technologie den Menschen auf der Erde ebenso nutzen wie den zu diesem Zeitpunkt wachsenden Industrien im erdnahen Raum.


Autor: Gerd Rauenbusch

Quellen:

Bova, Ben, Full (Moon) Employment, Space World, Palmer Publications Inc., Amherst 1988
David, Leonard, International Team Explores Lunar Base Proposals, www.space.com, 2002
Mendell, W. W. (Hrsg.), Lunar Bases and Space Activities of the 21st Century, Lunar and Planetary Institute, Houston 1985
Ruppe, Harry 0., Die grenzenlose Dimension - Raumfahrt, Econ Verlag, Düsseldorf; Wien 1980

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