Guinguette Marais Poitevin

Mond-Bergbau-Enthusiasten waren diese Woche besonders erfreut, als Forscher behaupteten, sie hätten den definitiven Beweis gefunden, dass Wassereis auf der Oberfläche des Mondes existiert. Es gibt dort oben sogar noch mehr Wassereis, als wir dachten, und wir wissen genau, wo eine Menge davon ist. Das könnte es in Zukunft noch einfacher machen, dieses Wasser abzubauen.

Lange vor dieser Entdeckung waren Forscher begierig darauf, jegliches Wasser, das auf der Mondoberfläche lauern könnte, abzuschöpfen. Es ist eine Ressource, die für zukünftige Langzeitmissionen auf dem Mond unglaublich wertvoll sein könnte, da Wasser für das Funktionieren des Lebens hier auf der Erde unerlässlich ist. Es könnte in einem lunaren Habitat recycelt oder als Trinkwasser oder zum Baden verwendet werden. Es könnte auch verwendet werden, um Pflanzen auf dem Mond wachsen zu lassen, die für die Ernährung der zukünftigen Mondbewohner benötigt werden.

Aber die vielleicht größte und unmittelbarste Anwendung für Mondwasser ist die Herstellung von Raketentreibstoff. Die Hauptbestandteile von Wasser – Wasserstoff und Sauerstoff – sind zwei der wichtigsten Materialien, die derzeit zum Antrieb von Raketen verwendet werden. Und die Herstellung von Raketentreibstoff aus dem Wasser auf dem Mond könnte die Kosten für ehrgeizige Missionen im Weltraum drastisch senken. Momentan müssen Raketen, die die Erde verlassen, den gesamten benötigten Treibstoff mit sich führen. Aber durch die Nutzung von Mundeis könnten Raketen potenziell auftanken, sobald sie im Weltraum sind, und so entfernte Orte für weniger Geld erreichen.

„Die Idee wäre, eine Art Versorgungskette außerhalb der Erde für bestimmte Produkte in Gang zu bringen – insbesondere für Wasser als Treibstoff – so dass es viel einfacher wäre, von einem Körper zum anderen ins All zu gelangen“, sagt Julie Brisset, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Florida Space Institute, gegenüber The Verge.

Es ist teuer, etwas ins All zu bringen. Wenn Sie wollen, dass Ihr Satellit die Schwerkraft der Erde überwindet, brauchen Sie eine Menge Treibstoff für die Fahrt in den Orbit. Tatsächlich besteht der größte Teil des Gewichts einer Rakete beim Start nur aus dem Treibstoff, der benötigt wird, um das Ding ins All zu bringen. Und je tiefer man ins All will, desto mehr Treibstoff braucht man. Je weiter man sich von der Anziehungskraft der Erde entfernt, desto mehr Energie wird benötigt. Also werden Missionen in den tieferen Weltraum noch teurer, um all den zusätzlichen Treibstoff zu bezahlen, der benötigt wird, um dorthin zu gelangen, und die größere Rakete, um diesen Treibstoff unterzubringen.

Aber was wäre, wenn man, anstatt den ganzen Treibstoff, den man braucht, von der Erde mitzunehmen, den Tank mit Treibstoff auffüllt, der bereits im Weltraum ist? Dann werden Deep-Space-Missionen eher zu einem Cross-Country-Roadtrip. „Stellen Sie sich vor, Sie müssten nach Denver fahren und es gäbe keine Tankstellen auf dem Weg und Sie müssten Ihr gesamtes Benzin aus New York mitbringen“, sagt George Sowers, Professor an der Colorado School of Mines und ehemaliger Vizepräsident der United Launch Alliance, gegenüber The Verge. „Sie könnten es wahrscheinlich nicht mit Ihrem Auto machen. Man müsste den ganzen Treibstoff mitschleppen, den man braucht.“ Deshalb ist die Idee des Mondbergbaus so verlockend. Wasser vom Mond könnte abgebaut, in Raketentreibstoff aufgespalten und zu einem Treibstoffdepot entweder in der Nähe des Mondes oder in einer niedrigen Erdumlaufbahn transportiert werden. Dann müssten die Raketen nicht mehr so groß sein, um den ganzen Treibstoff aufzunehmen. Sie könnten einfach an ein Depot andocken und für längere Reisen ins All auftanken.

Der Transport von Treibstoff vom Mond zu anderen Orten im All ist bei weitem nicht so teuer wie der von der Erde. Der Mond hat ein Sechstel der Schwerkraft der Erde, das heißt, es braucht weniger Energie, um sich von der Oberfläche zu lösen. Sowers hat kürzlich eine Analyse durchgeführt, wie viel es kosten würde, Mondtreibstoff vom Weltraum zu verschiedenen Orten zu transportieren. Und Mondwasser in eine niedrige Erdumlaufbahn zu bringen, ist zum Beispiel immer noch billiger als es von der Erde zu schicken, obwohl unser Planet näher ist. „Wenn man den Treibstoff in der niedrigen Erdumlaufbahn verwendet, ist es immer noch eine 20- oder 30-prozentige Ersparnis, wenn man Mondtreibstoff im Vergleich zu Erdtreibstoff verwendet“, sagt Sowers.

Wissenschaftler träumen schon seit Jahrzehnten davon, Mondwasser in Raketentreibstoff umzuwandeln, da sich die Beweise häufen, dass die Mondpole für den Bergbau bestens geeignet sein könnten. Im Jahr 1994 fand eine gemeinsame Sonde der NASA und des US-Militärs namens Clementine Beweise dafür, dass Wasser in Kratern an den Mondpolen existiert. Diese Orte sehen nie das Licht der Sonne und erreichen nie Temperaturen über -250 Grad Fahrenheit. Seitdem haben mehrere Missionen zum Mond darauf hingewiesen, dass auch an diesen Stellen Wasser vorhanden sein könnte. Im Jahr 2009 ließ die NASA eine Raumsonde namens LCROSS in einen Krater am Südpol des Mondes einschlagen, um zu sehen, welche Art von Material der Einschlag aufgewirbelt hat. Die NASA fand heraus, dass das ausgeworfene Material etwa 5 Prozent Wasser enthielt.

Eine in dieser Woche in den „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlichte Studie deutet jedoch darauf hin, dass einige Bereiche des Mondes mit Wasser überfüllt sein könnten. Forscher der University of Hawaii und der Brown University analysierten Daten, die von der indischen Raumsonde Chandrayaan-1 gesammelt wurden, die im Jahr 2008 zum Mond startete. Mit Hilfe eines der Instrumente der Sonde konnten sie Eisflächen auf dem Mond ausfindig machen, indem sie das Reflexionsvermögen des Wassers maßen. Sie beobachteten diese Stellen auch im Infrarotlicht, wodurch sie feststellen konnten, ob das Wasser in Eisform und nicht als Dampf oder Flüssigkeit vorlag. Sie bestätigten nicht nur, dass Wassereis auf der Mondoberfläche vorkommt, sondern dass einige Bereiche des Bodens zu 20 bis 30 Prozent aus Eis bestehen. Je nachdem, wie tief das Eis in die Oberfläche eindringt, könnte das reichlich Futter für Raketentreibstoff sein.

„Wir müssen wirklich nicht überall so konzentriert sein“, sagt Phil Metzger, Planetenphysiker an der University of Central Florida und Mitbegründer von NASAs Swamp Works am Kennedy Space Center. „Wir brauchen nur an einigen Stellen eine höhere Konzentration, um genug Wasser zu haben, um den gesamten Bedarf an Weltraumtransporten für die nächsten 30 Jahre zu decken.“

Ein Treibstoffdepot im niedrigen Erdorbit eröffnet viele Möglichkeiten für neuartige Missionen im Weltraum. Eine Idee ist ein so genannter Weltraumschlepper – eine Rakete, die im Weltraum bleibt und immer wieder auftankt, um Satelliten zu ihren endgültigen Zielen zu befördern. Derzeit werden Satelliten, die in eine hohe Umlaufbahn über der Erde gebracht werden sollen, in eine anfängliche Transferbahn gebracht und verbringen dann sechs Monate bis zu einem Jahr damit, sich mit Hilfe der eingebauten Triebwerke langsam in eine höhere Umlaufbahn zu bringen. Während dieser Zeit kann der Satellit seine Aufgabe nicht erfüllen und verdient daher kein Geld. Mit einem Weltraumschlepper könnten Satelliten jedoch mit kleineren Raketen in viel niedrigere Umlaufbahnen gebracht werden, und dann könnte eine wiederverwendbare Rakete, die sich bereits im Weltraum befindet, die Sonde in wenigen Tagen auf ihre endgültige Umlaufbahn „schleppen“. Das spart den Satellitenbetreibern Geld: Sie brauchen keine so große Rakete, um ihre Nutzlast ins All zu bringen, und sie haben mehr Zeit, um mit ihren Sonden Geld zu verdienen.

So ja, Mondwasser als Treibstoff ist verlockend, aber es wird nicht einfach sein, mit dem Abbau von Wasser im All zu beginnen. Zunächst muss es eine umfangreiche Schürfkampagne geben. Dank der PNAS-Studie haben die Forscher im Grunde eine Karte erstellt, die zeigt, wo die saftigsten Wassereisbrocken an den Mondpolen zu finden sind. Der nächste Schritt besteht darin, Lander und Rover in diese Gebiete zu schicken, um herauszufinden, wo man am besten ansetzen sollte und wie die Konsistenz des Eises ist. Die Wissenschaftler wissen immer noch nicht, ob das Eis in Form von Schneematsch mit der Erde vermischt ist oder ob es wie feste Ziegelsteine mit anderem Oberflächenmaterial zusammengeschmolzen ist. „Wir wissen, wie wir die Ausrüstung zur Gewinnung des Eises konstruieren müssen. Wir wissen nur nicht, welche Ausrüstung wir verwenden sollen“, sagt Metzger.

Eine Idee ist, den Mondboden mit einem Schürfroboter abzuschaufeln, der das Material zu einem Prozessor transportiert. Dieser Prozessor trennt dann das Eis durch Erhitzen vom Boden und spaltet das Wasser mit Strom in seine Grundbestandteile. Ein Teil des dabei entstehenden Treibstoffs wird dann verwendet, um den Rest des Wassers mit einem Transportfahrzeug vom Mond zu einem beliebigen Treibstoffdepot im Weltraum zu befördern.

Natürlich wird das alles teuer. „Es läuft auf eine Kostenanalyse hinaus“, sagt Metzger. „Ist es billiger, Raketentreibstoff von der Erde aus zu starten, oder ist es billiger, die Ausrüstung einmal in den Weltraum zu bringen und dann diese Ausrüstung zu warten und sie zu verwenden, um kontinuierlich Raketentreibstoff im Weltraum zu erzeugen?“ Basierend auf den Analysen von Metzger, Brisset und Sowers schätzen sie, dass es ein Jahrzehnt dauern wird, bis Investitionen in den Mondbergbau profitabel sind. Aber weil der Mondbergbau so riskant ist, ist es möglich, dass nicht viele Risikokapitalgeber sofort einsteigen wollen.

Deshalb schlägt das Team vor, dass die NASA sich beteiligen sollte, indem sie frühe Entwicklungsbemühungen für den Bergbau teilweise finanziert. Auf diese Weise werden kommerzielle Investoren eher bereit sein, sich zu beteiligen, wenn eine glaubwürdige Regierungsbehörde involviert ist und einen Teil der Kosten trägt.

Die NASA würde den Investoren auch nicht nur einen Gefallen tun: Die Raumfahrtbehörde hat angedeutet, dass sie bis zu 100 Tonnen Treibstoff pro Jahr benötigen könnte, um Fahrzeuge anzutreiben, die die Mondoberfläche von einer Basis aus verlassen, so Sowers‘ Analyse. Müsste man das alles von der Erde transportieren, würde das etwa 3,5 Milliarden Dollar pro Jahr kosten. Die Einsparungen bei der Herstellung von Mondtreibstoff könnten Missionen zu Mond und Mars billiger machen. „Es würde Mars-Missionen kostengünstiger machen, und es macht so ziemlich alles, was wir jenseits der Erde tun, erschwinglich“, sagt Sowers. Zum Beispiel würde die Verwendung von Mondtreibstoff zum Betanken von Raketen die Kosten für einen Flug zum Mond von der Erde aus um den Faktor drei senken, so Sowers. Ein wichtiges Detail, wenn man bedenkt, dass die NASA wieder bemannte Missionen zum Mond plant.

„Ich sage schon seit Jahren, dass Wasser das Öl des Weltraums ist“, sagt Sowers und fügt hinzu: „Wenn die Pläne der NASA eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond vorsehen, muss die NASA als erstes eine Produktionsanlage für den Treibstoff bauen.“