Können die Artemis-Mondmissionen der NASA mit der Verwendung von Mondwassereis rechnen?

Wie realistisch ist es zu erwarten, dass es auf dem Mond genügend Eis gibt, um menschliche Besiedlung zu ermöglichen?

Wir stehen kurz davor, viel mehr über die prognostizierte Eissituation in den permanent beschatteten Regionen (PSRs) des Mondes zu erfahren. Mehrere Nationen haben den Südpol des Mondes im Auge und Forschungsteams planen, wie und wo sie die Unterseite der sonnenscheuen Gebilde erkunden können.

In einigen Kreisen gibt es jedoch Vorschläge, ein Moratorium für die genaue Inspektion von PSRs auf dem Mond zu verhängen. Auch wenn sie vollgepackt mit extrahierbarem Eis sind, könnte es notwendig sein, diese Merkmale für die Wissenschaft zu schützen, die sie voraussichtlich bieten.

Ein PSR kann als „paläokosmisches Tonbandgerät“ dienen und sollte an den Mondpolen erhalten bleiben. Allerdings sind noch weitere Modellierungsarbeiten erforderlich, um den Einfluss warmer Raumfahrzeuge, Rover und sogar Raumanzüge auf diese Umgebungen abzuschätzen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass solch eine grundlegende Aufzeichnung nicht unbeabsichtigt verfälscht wird, bevor die Möglichkeit besteht, sie zu studieren.

Dennoch haben eine Reihe neuer Studien Bereiche von besonderem Interesse innerhalb der Artemis-3-Kandidatenlandeplätze identifiziert, in denen möglicherweise Wassereis verborgen ist, das von zukünftigen menschlichen Besatzungen auf der Mondoberfläche genutzt werden könnte. Aber wie realistisch ist es zu erwarten, dass es auf dem Mond genügend Eis gibt, um menschliche Lebensräume zu ermöglichen? Und welche Probleme sind mit dem Abbau und der Nutzung von Ressourcen auf dem Mond verbunden?

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Die Artemis-3-Mission der NASA – Amerikas „Neustart des Mondes“ durch menschliche Entdecker – zielt darauf ab, eine menschliche Besatzung in der Nähe des Mondsüdpols zu landen. Der Mondsüdpol befindet sich am Rand des Shackleton-Kraters, einer Struktur mit einem Durchmesser von 13 Meilen (21 Kilometer), die vor Milliarden von Jahren durch einen Asteroideneinschlag herausgearbeitet wurde. Shackleton ist die Heimat eines permanent beschatteten Innenraums.

Während der genaue Landeplatz für Artemis 3 noch aussteht, befinden sich günstige Landeplätze in der Nähe von PSRs. Es gibt auch attraktive Orte in der Mondlandschaft, die einen langfristigen Zugang zum Sonnenlicht bieten und eine direkte Kommunikation zur Erde ermöglichen.

Der Mondsüdpol wird von Gipfeln mit hoher Beleuchtung begrenzt, die den Zugang zu Solarenergie in einer Region ermöglichen, in der es auch PSRs gibt, Bereiche, die „Kühlfallen“ sind und vermutlich flüchtige Elemente beherbergen, die in nützliche Materialien, Strahlungsschutzmittel oder sogar andere Materialien umgewandelt werden können Raketentreibstoff.

Als einzigartiger Südpolstandort gilt ein „Connecting Ridge“ zwischen den Kratern Shackleton und Henson. Es könnte ein ideales Ziel für zukünftige Probenahmeaufgaben sein, bei denen eine große Anzahl von Merkmalen über eine kurze Distanz erfasst werden könnte.

Eine detaillierte Untersuchung des Connecting Ridge würde den geologischen Kontext für die Sammlung potenzieller Ressourcen liefern, die zur Erhaltung eines menschlichen Lebensraums erforderlich sind, falls dieser Standort in Zukunft für einen dauerhaften Außenposten auf der Mondoberfläche vorgesehen sein sollte.

Das ist die Ansicht von Sarah Boazman, die am ESTEC der Europäischen Weltraumorganisation in den Niederlanden arbeitet und Hauptautorin einer aktuellen Forschungsarbeit ist, die sich mit geologischen Zielen in der Nähe des Mondsüdpols befasst.

„Untersuchungen der lunaren Südpolarregion sollten weiterhin die Zugänglichkeit interessanter Merkmale bewerten, darunter isolierte Felsbrocken, Felsfreilegungen, Felskrater und PSRs, um sich auf bevorstehende Missionen in diesem Gebiet vorzubereiten“, erklären Boazman und Kollegen. „Solche Untersuchungen werden einen entscheidenden Kontext für alle zukünftigen Bemühungen zur Erforschung des Südpols des Mondes liefern.“

Ein Abschnitt des Connecting Ridge sei etwas breiter als ein Kilometer, sagte David Kring, leitender Wissenschaftler am Lunar and Planetary Institute der Universities Space Research Association in Houston, Texas. Auf dem Bergrücken gebe es Gebiete, die ausreichend groß und flach seien, um die Anforderungen des Artemis Human Landing System der NASA zu erfüllen, der Mondmaschinerie, die Expeditionen zur Mondoberfläche durchführen wird.

„Der Grat ist typischerweise ein paar hundert Meter breit und mit kleinen Einschlagskratern übersät. Einige dieser Kraterwände sind steil und müssen umgangen werden. Schatten können auch dazu führen, dass Kraterwände steiler und die Kraterböden tiefer erscheinen, als sie tatsächlich sind.“ Kring sagte gegenüber Space.com.

Während man die Krater vielleicht für ein Ärgernis halten könnte, fügte Kring hinzu, dass sie wichtige Sonden für die Mondoberfläche seien. „Der Ausgrabungsprozess, der die Krater erzeugte, brachte Material aus der Tiefe an die Oberfläche, wo Astronauten auf das Material zugreifen können“, sagte er.

Pascal Lee ist Planetenwissenschaftler am SETI Institute und Mars Institute am Ames Research Center der NASA in Moffett Field, Kalifornien.

Es sei wichtig zu wissen, dass PSRs auf dem Mond in allen Formen und Größen vorkommen, sagt Lee, von großen Flächen, die tatsächlich als „Regionen“ bezeichnet werden können, über viel kleinere Flecken um die Basis von Felsbrocken bis hin zu Ecken und Winkeln zwischen Regolithkörnern . „Ich denke, wir sollten stattdessen den allgemeineren Ausdruck ‚dauerhaft beschattete Bereiche‘ oder ‚PSAs‘ verwenden.“

Es sei auch wichtig zu erkennen, dass es keine Eins-zu-eins-Übereinstimmung zwischen PSRs und Wassereis an den Mondpolen gebe, fügt Lee hinzu.

„Einige PSRs scheinen, wenn überhaupt, nicht viel Wasserstoff zu enthalten“, sagt Lee, „während es gelegentlich sonnenbeschienene Regionen gibt, die überraschenderweise immer noch Wasserstoffsignaturen innerhalb des obersten Meters des Regolithen, der oberen Monddecke, aufweisen.“ Staub, zerbrochenes Gestein und andere Materialien.

Im November letzten Jahres erarbeitete eine behördenübergreifende Arbeitsgruppe des Weißen Hauses innerhalb des National Science and Technology Council eine Cislunar-Technologiestrategie. Auf den Seiten der Strategie wird erklärt, dass zur Erforschung der Polarregionen des Mondes neue Technologien erforderlich sind, „die möglicherweise erhebliche Mengen flüchtiger Verbindungen enthalten, die für die Ressourcennutzung besonders wichtig sind“.

In diesem Strategiebericht wurde auch ein Internationales Mondjahr (ILY) vorgeschlagen.

„Wissenschaft ist ein internationales Unternehmen, und Wissenschaftler haben seit langem die Fähigkeit bewiesen, über Grenzen hinweg für das Gemeinwohl zu arbeiten“, heißt es in dem Bericht. „Eine von den Vereinigten Staaten geführte Initiative zur Einführung eines Internationalen Mondjahres (ILY) kann auf den historischen Beispielen vergangener Internationaler Polarjahre (IPY), des Internationalen Geophysikalischen Jahres (IGY) und des Internationalen Weltraumjahres (ISY) aufbauen.

Das ILY kann auch zeigen, wie verschiedene Aktivitäten verantwortungsvoll zum Nutzen und im Interesse aller Nationen, einschließlich der Entwicklungsländer, durchgeführt werden können, heißt es in dem Bericht, „während die Transparenz erhöht und Vertrauen und Zusammenarbeit zwischen den auf dem Mond fliegenden Unternehmen aufgebaut wird“.

Aufbauend auf den Erfahrungen menschlicher Reisen zum Mond zwischen 1969 und 1972 im Rahmen des Apollo-Programms ist das Hauptziel der NASA die Entwicklung einer nachhaltigen Monderkundung.

Eine Untersuchung der Lunar Exploration Analysis Group (LEAG) kommt jedoch zu dem Schluss, dass die Details eines Artemis-Basislagers zu lückenhaft sind.

LEAG wurde 2004 gegründet, um die NASA bei der Analyse wissenschaftlicher, technischer, kommerzieller und betrieblicher Fragen zur Unterstützung der Ziele der Monderkundung und ihrer Auswirkungen auf die Planung der Mondarchitektur und die Priorisierung von Aktivitäten auf dem Mond zu unterstützen.

„Artemis wird nicht wirklich nachhaltig sein, wenn es nicht eine robuste Oberflächeninfrastruktur und Entwicklungsstrategie an einem einzigen Ort auf dem Mond umfasst, um kommerzielle und Explorationsaktivitäten zu katalysieren und zu ermöglichen. Die bisherigen Fortschritte bei der Artemis-3-Mission sind ermutigend, aber die Details der ‚anhaltenden‘ Mission sind noch nicht erreicht.“ „Die Phase der Artemis-Kampagne ist für die breitere Gemeinschaft unklar“, heißt es in einem LEAG-Dokument aus dem Jahr 2022.

Dementsprechend forderte LEAG die NASA auf, Pläne zu formulieren, um den Bau des Artemis-Basislagers „und den Aufbau einer groß angelegten Ressourcenproduktion bis 2030 zu ermöglichen und so eine dauerhafte menschliche Präsenz auf der Mondoberfläche und das Wachstum einer starken cislunaren Wirtschaft zu unterstützen“.

Der Mondbergbau wird wahrscheinlich einer der ersten großen Tests für Weltraumeigentumsrechte sein, sagt Erika Nesvold, Autorin des neuen Buches „Off-Earth – Ethical Questions and Quandaries for Living in Outer Space“ (MIT Press, 2023).

„Während der Weltraum selbst unendlich sein mag, sind es die wertvollen Weltraumressourcen in unserer Reichweite nicht, und es bleibt abzuwarten, ob unser System aus internationalen Verträgen und nationalen Gesetzen uns zu Zusammenarbeit, Wettbewerb oder Konflikten um begrenzte Ressourcen wie Eis führen wird.“ der Mond“, sagte Nesvold gegenüber Space.com.

„Wer zuerst kommt, mahlt zuerst“ ist sicherlich ein attraktives Modell für Unternehmen, die über die Ressourcen verfügen, zuerst ans Ziel zu kommen, und für nationale Regierungen, die Anreize für ihre eigene private Weltraumbergbauindustrie schaffen und diese ankurbeln möchten, fügt Nesvold hinzu.

„Aber ethisch steht es im Widerspruch zu dem im Weltraumvertrag von 1967 dargelegten Ideal, dass Aktivitäten im Weltraum ‚zum Nutzen und im Interesse aller Länder durchgeführt werden sollten, unabhängig von ihrem wirtschaftlichen oder wissenschaftlichen Entwicklungsstand‘“ Nesvold weist darauf hin.

Wie kann man also potenzielle Konflikte am besten eindämmen?

„Auf die gleiche Weise müssen wir große, heikle Probleme wie dieses hier auf der Erde angehen“, antwortet Nesvold, „mit bewusster Anstrengung und Voraussicht, in Absprache mit allen Beteiligten, einschließlich Ländern, die noch nicht in der Lage sind, Mondbergbau betreiben zu können.“ Es müsse ernsthaft über die Auswirkungen von Entscheidungen auf künftige Generationen und auf die Mondumgebung selbst nachgedacht werden, „und es bedarf einer Menge harter Arbeit von Weltraumanwälten und -diplomaten.“

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Unterdessen hisst Pascal Lee von der NASA eine Warnflagge gegenüber PSRs.

„Ich denke, es ist noch verfrüht, über Wasser als Ressource an den Mondpolen zu sprechen“, sagt Lee. „Etwas wird nur dann zu einer ‚Ressource‘, wenn es wirtschaftlich billiger und weniger riskant ist, es vor Ort abzubauen, als es von anderswo zu importieren.“

Lee weist darauf hin, dass mit dem SpaceX-Raumschiff die Möglichkeit bestehen wird, in einem einzigen Flug mehr als 100 Tonnen sauberes, gereinigtes und gebrauchsfertiges Wasser überall auf dem Mond zu landen.

„Im Grunde hätte man einen Wasserturm auf dem Mond, komplett mit einem Wasserhahn an der Unterseite, genau dort, wo man ihn haben möchte. Das würde vielleicht 10 bis ein paar Zehnmillionen Dollar kosten“, sagt Lee.

Die eigentliche Frage lautet also: Wann werden 100 Tonnen sauberes, aufbereitetes Wasser, das an den Mondpolen gewonnen und dort platziert wird, wo wir es haben wollen, weniger als ein paar Dutzend Millionen Dollar kosten?

„Ich bin optimistisch, was unsere Mondzukunft angeht“, schließt Lee, „aber ich glaube ehrlich gesagt, dass es noch sehr, sehr lange dauern wird, wenn überhaupt. Die größte Wasserquelle, die dem Mond zur Verfügung steht, ist die Erde.“

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Leonard David ist ein preisgekrönter Weltraumjournalist, der seit mehr als 50 Jahren über Weltraumaktivitäten berichtet. Derzeit schreibt Leonard neben seinen anderen Projekten auch als Space Insider-Kolumnist für Space.com und hat zahlreiche Bücher über Weltraumforschung, Marsmissionen und mehr verfasst, zuletzt „Moon Rush: The New Space Race“, das 2019 von National Geographic veröffentlicht wurde. Er schrieb auch „Mars: Unsere Zukunft auf dem Roten Planeten“, das 2016 von National Geographic veröffentlicht wurde. Leonard war als Korrespondent für SpaceNews, Scientific American und Aerospace America für die AIAA tätig. Er erhielt zahlreiche Auszeichnungen, darunter den ersten Ordway Award for Sustained Excellence in Spaceflight History im Jahr 2015 beim AAS Wernher von Braun Memorial Symposium. Leonards neuestes Projekt finden Sie auf seiner Website und auf Twitter.

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