Die NASA hat eine neue Vision für die Weltraumforschung: In den kommenden Jahrzehnten werden Menschen auf dem Mars landen und den roten Planeten erkunden. Kurze Besuche führen zu längeren Aufenthalten und möglicherweise eines Tages zu Kolonien.
Zunächst kehren wir jedoch zum Mond zurück.
Warum der Mond vor dem Mars?
"Der Mond ist ein natürlicher erster Schritt", erklärt Philip Metzger, Physiker am Kennedy Space Center der NASA. "Es ist in der Nähe. Wir können dort leben, arbeiten und Wissenschaft betreiben, bevor wir längere und riskantere Reisen zum Mars unternehmen. “
Mond und Mars haben viel gemeinsam. Der Mond hat nur ein Sechstel der Schwerkraft der Erde. Mars hat ein Drittel. Der Mond hat keine Atmosphäre; Die Marsatmosphäre ist sehr dünn. Der Mond kann sehr kalt werden, bis zu -240 ° C im Schatten; Der Mars variiert zwischen -20 ° und -100 ° C.
Noch wichtiger ist, dass beide Planeten mit schlammfeinem Staub bedeckt sind, der als „Regolith“ bezeichnet wird. Der Regolith des Mondes wurde durch das unaufhörliche Bombardement von Mikrometeoriten, kosmischen Strahlen und Partikeln des Sonnenwinds geschaffen, die seit Milliarden von Jahren Steine zersetzen. Der Regolith des Mars resultierte aus den Einschlägen massereicherer Meteoriten und sogar Asteroiden sowie aus der täglichen Erosion durch Wasser und Wind. Es gibt Orte auf beiden Welten, an denen der Regolith mehr als 10 Meter tief ist.
Der Betrieb mechanischer Geräte in Gegenwart von so viel Staub ist eine gewaltige Herausforderung. Erst letzten Monat war Metzger Co-Vorsitzender eines Treffens zum Thema „Granulare Materialien bei der Erforschung von Mond und Mars“ im Kennedy Space Center. Die Teilnehmer hatten Probleme, die von einfachen Transportmitteln („Welche Art von Reifen braucht ein Mars-Buggy?“) Über Bergbau („Wie tief können Sie graben, bevor das Loch einstürzt?“) Bis hin zu natürlichen und künstlichen Staubstürmen („Wie viel) reichen Staub wird eine Landerakete aufwirbeln? ”).
Die Beantwortung dieser Fragen auf der Erde ist nicht einfach. Mondstaub und Marsstaub sind so… fremd.
Versuchen Sie Folgendes: Führen Sie Ihren Finger über den Bildschirm Ihres Computers. An Ihrer Fingerspitze haften kleine Staubreste. Es ist weich und verschwommen - das ist Erdstaub.
Mondstaub ist anders: "Es ist fast wie Glasfragmente oder korallenrote Formen, die sehr scharf und ineinandergreifend sind", sagt Metzger. (Sehen Sie sich ein Bild von Mondstaub an.)
„Selbst nach kurzen Mondspaziergängen stellten Apollo 17-Astronauten fest, dass Staubpartikel die Schultergelenke ihrer Raumanzüge blockiert hatten“, sagt Masami Nakagawa, Associate Professor in der Abteilung für Bergbauingenieurwesen der Colorado School of Mines. "Mondstaub drang in Dichtungen ein, wodurch die Raumanzüge etwas Luftdruck leckten."
In sonnenbeschienenen Gebieten, fügt Nakagawa hinzu, schwebt feiner Staub über den Knien der Apollo-Astronauten und sogar über ihren Köpfen, weil einzelne Partikel durch das ultraviolette Licht der Sonne elektrostatisch aufgeladen wurden. Solche Staubpartikel reizten ihre Augen und Lungen, wenn sie in den Lebensraum der Astronauten gelangen, wo sie in die Luft gelangen würden. "Es ist ein potenziell ernstes Problem."
Staub ist auch auf dem Mars allgegenwärtig, obwohl Marsstaub wahrscheinlich nicht so scharf ist wie Mondstaub. Verwitterung glättet die Kanten. Trotzdem peitschen Marsstaubstürme diese Partikel mit 50 m / s (100+ mph) und scheuern und tragen jede exponierte Oberfläche. Wie die Rover Spirit und Opportunity gezeigt haben, ist Marsstaub (wie Mondstaub) wahrscheinlich elektrisch geladen. Es haftet an Sonnenkollektoren, blockiert das Sonnenlicht und reduziert die Menge an Strom, die für eine Oberflächenmission erzeugt werden kann.
Aus diesen Gründen finanziert die NASA Nakagawas Projekt Dust, eine vierjährige Studie, die sich der Suche nach Möglichkeiten zur Abschwächung der Auswirkungen von Staub auf die Erforschung von Robotern und Menschen widmet. Diese reicht von Luftfilterkonstruktionen bis hin zu Dünnschichtbeschichtungen, die Staub von Raumanzügen und Maschinen abweisen .
Der Mond ist auch ein gutes Testfeld für das, was Missionsplaner als „In-situ-Ressourcennutzung“ (ISRU) bezeichnen - a.k.a. "Vom Land leben." Astronauten auf dem Mars wollen bestimmte Rohstoffe vor Ort abbauen: Sauerstoff zum Atmen, Wasser zum Trinken und Raketentreibstoff (im Wesentlichen Wasserstoff und Sauerstoff) für die Heimreise. "Wir können dies zuerst auf dem Mond versuchen", sagt Metzger.
Es wird angenommen, dass sowohl der Mond als auch der Mars im Boden gefrorenes Wasser enthalten. Der Beweis dafür ist indirekt. NASA- und ESA-Raumschiffe haben Wasserstoff - vermutlich das H in H2O - im Marsboden nachgewiesen. Vermutliche Eisablagerungen reichen von den Mars-Polen fast bis zum Äquator. Lunar Ice hingegen befindet sich in der Nähe des Nord- und Südpols des Mondes tief in Kratern, in denen die Sonne niemals scheint. Dies geht aus ähnlichen Daten von Lunar Prospector und Clementine hervor, zwei Raumschiffen, die den Mond Mitte der neunziger Jahre kartierten.
Wenn dieses Eis ausgegraben, aufgetaut und in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden könnte ... Voila! Sofortige Versorgung. Der Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, der 2008 starten soll, wird moderne Sensoren verwenden, um nach Lagerstätten zu suchen und mögliche Bergbaustandorte zu lokalisieren.
"Die Mondstangen sind ein kalter Ort, deshalb haben wir mit Menschen zusammengearbeitet, die sich auf kalte Orte spezialisiert haben, um herauszufinden, wie man auf den Böden landet und in den Permafrost gräbt, um Wasser auszugraben", sagt Metzger. Zu den wichtigsten Partnern der NASA zählen Ermittler des Forschungs- und Techniklabors (CRREL) des Army Corps of Engineers für kalte Regionen. Zu den wichtigsten Herausforderungen zählen die Landung von Raketen oder der Bau von Lebensräumen auf eisreichen Böden, ohne dass die Hitze den Boden zum Schmelzen bringt, sodass er unter ihrem Gewicht zusammenbricht.
Das Testen all dieser Technologien auf dem Mond, der nur zwei oder drei Tage von der Erde entfernt ist, wird viel einfacher sein als das Testen auf dem sechs Monate entfernten Mars.
Also ... zum Mars! Aber zuerst der Mond.
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