Der Weg zum Mars ist in Lunar Rock gepflastert (Op-Ed)

Supermond über Pennsylvania

Der Astrofotograf Bill Simbeck hat dieses Bild des Supermonds über dem Nordwesten von Pennsylvania am 22. Juni 2013 aufgenommen. (Bildnachweis: Bill Simbeck)



Paul D. Spudis ist Experte für Planetare Geologie und Fernerkundung am Lunar and Planetary Institute in Houston. Dieser Artikel wurde aus seinem Beitrag ' Riskantes Geschäft: ISRU und der kritische Weg zum Mars 'auf seinem Spudis Mondressourcen bloggen. Er hat diesen Artikel zu demokratija.eu's beigetragen Expertenstimmen: Op-Ed & Insights .



Bei der Untersuchung der Pläne, die die NASA für menschliche Missionen über die niedrige Erdumlaufbahn hinaus entwickelt, werden manchmal In-Situ-Experimente oder Demonstrationen zur Ressourcennutzung (ISRU) in den Imperativ der Missionssequenz oder das, was Ingenieure den „kritischen Pfad“ nennen, aufgenommen, aber nie integriert. ' ISRU bedeutet einfach, dass Sie Dinge, die Sie im Weltraum benötigen, aus Ressourcen herstellen, die im Weltraum verfügbar sind.

Beim gegenwärtigen Entwicklungsstand würde solches Material größtenteils aus massereichen und informationsarmen Materialien wie Treibstoff und Abschirmungen bestehen. Durch die Reduzierung der von der Erde ausgehenden Masse durch den Einsatz von ISRU-Techniken würden die Vereinigten Staaten viele Milliarden Dollar ihrer begrenzten Menge einsparen Raumbudget . Warum hört die Öffentlichkeit nicht mehr darüber?



Sicherlich deutet nichts in der Chemie oder Physik der ISRU darauf hin, dass dies unmöglich oder übermäßig futuristisch ist – die meisten Prozesse gehen auf die Antike zurück (wie das Schmelzen von Eis zu Wasser) oder spätestens auf die industrielle Chemie des 18. die Ermäßigung). Aber niemand hat ISRU mit außerirdischen Materialien und echter Hardware im Weltraum tatsächlich versucht. Mit anderen Worten, Luft- und Raumfahrtingenieure haben es nicht getan; für sie ist das Konzept eher aus dem Bereich der Science-Fiction. ('Setzen Sie die Replikatoren heute Abend auf Rindereintopf, Mr. Sulu!'). Sie stellen sich reaktiv potenzielle Katastrophen vor, die sich aus der Anstrengung ergeben, anstatt den möglichen Nutzen zu schätzen.

Ingenieure neigen dazu, vorsichtig zu sein, wenn sie neue Designs entwickeln, die unerprobte Techniken beinhalten, und im Fall der bemannten Raumfahrt sollten sie es sein. Wenn Sie jedoch mit Vorsicht in einer Komfortzone gefangen bleiben, werden Initiative und Programme verkümmern und die USA lahmlegen.“ Raum Fortschritte. [ Moon Base Visions: Wie man eine Mondkolonie baut (Fotos) ]

Vor einigen Jahren hatte Bob Zubrin, mein Freund und gelegentlicher Gegner der öffentlichen Debatte, eine wichtige Erkenntnis. Wenn Sie von der Erde alles mitbringen, was Sie brauchen, um zum Mars zu gelangen, kann die Masse, die Sie in die Umlaufbahn schicken, unerschwinglich sein (Folgen aus der Raketengleichung das Bruttoabfluggewicht mit einem großen Betrag multiplizieren); es kostet Tausende von Dollar pro Pfund für die Lieferung in die erdnahe Umlaufbahn (LEO). Wenn Sie den Sprit für die Rückreise nicht mit nach Hause nehmen, ist Ihre Abfahrtsmasse deutlich geringer. Für die Heimreise, Zubrins Mars Direct-Architektur verwendet Raketentreibstoff, der auf der Marsoberfläche hergestellt wurde. Auf einen Schlag reduzierte er die Masse, die in LEO benötigt wird, um zum Mars zu gelangen, um mehr als 50 Prozent – ​​eine bedeutende Erkenntnis.



Die jetzige NASA Mars Design Referenzmission nutzt acht Starts eines Super-Schwerlastfahrzeugs (150 Tonnen oder 136 Tonnen für LEO), um das 500 Tonnen schwere (454 Tonnen) Marsschiff in der Erdumlaufbahn zu bauen. (Eine andere Analyse prognostiziert 10 bis 12 Starts.) Mehr als 80 Prozent dieser Masse sind Treibmittel. Wenn die Schwerlastfahrzeuge am Ende jeweils ein paar Milliarden Dollar kosten, sind die Kosten einer menschlichen Marsmission nicht nur unerschwinglich, sondern so hoch, dass sie nie durchgeführt werden wird.

Und denke nicht, dass die Geheiligten Neuer Space 'billiger Zugang' zu LEO sparen Sie entweder: Diese Fahrzeuge sind zu klein (ihre Nutzlast ist viel kleiner als 150 Tonnen) und müssen lagerfähiges Treibmittel verwenden, weil die flüssiger Sauerstoff-flüssiger Wasserstoff (LOX-H2) Kryogene werden zwischen ihren einzelnen Starts in den Weltraum verdampfen. Speicherbare Treibmittel haben viel weniger Energie als LOX-H2und damit vervielfacht sich neben der Komplexität der logistischen Montage aus einer größeren Anzahl von Flügen die erforderliche Gesamtmasse in LEO erschreckend.

Ingenieure zögern, ISRU als Teil der Mars-Architektur zu beauftragen, weil es noch nie gemacht wurde (riskant) und nie gemacht wurde, weil es zu riskant ist – der klassische Catch-22. Wie können Weltraummissionen aus dieser Sackgasse herauskommen? Reduzieren Sie die Risiko-Straßensperre, indem Sie ISRU auf dem Mond demonstrieren.



Ingenieure können eine ISRU-Strategie für Mondmissionen entwerfen, die nicht nur das Risiko für den zukünftigen ISRU-Einsatz auf dem Mars reduziert, sondern auch die Marsreise aus Mondmaterial bereitstellen kann, wodurch die von der Erde aus gestartete Masse weiter reduziert wird. Aber warum den Mond verwenden, um den Wert von ISRU zu dokumentieren, und nicht einen erdnahen Asteroiden? Einfach ausgedrückt hat der Mond die richtigen Materialien und Eigenschaften, um diese risikomindernde Aktivität durchzuführen.

Die kritischen Ressourcen des Mondes

Die Ergebnisse der LCROSS-Impact-Experiment , bei dem eine Centaur-Oberstufe in ein dunkles Gebiet nahe des Südpols des Mondes krachte, zeigte, dass nicht nur Wasser in Menge vorhanden auf dem Mond, aber es gibt dort auch andere flüchtige Stoffe, darunter Methan, Ammoniak, Kohlendioxid und einige einfache organische Verbindungen. Alle diese Stoffe stammen aufgrund ihrer beobachteten Häufigkeit wahrscheinlich von Kometen, die im Laufe der Erdzeit den Mond getroffen haben und in den dauerhaft abgeschatteten, kalten Gebieten in der Nähe der Pole erhalten bleiben. Asteroiden enthalten normalerweise diese exotischen, flüchtigen Substanzen nicht; Wenn Wasser in Asteroiden vorhanden ist, ist es chemisch in mineralischen Strukturen gebunden und erfordert erhebliche Energie und Verarbeitung, um gewonnen und genutzt zu werden.

Lunar ISRU kann nicht nur Wasser (und damit Sauerstoff) sondern auch Methan aus den polaren Ablagerungen des Mondes gewinnen. Methan ist der Treibstoff, den Zubrins Mars Direct-Architektur für die Rückkehr zur Erde verwendet. (Da die Marskruste jedoch wasserreich ist, ist LOX-LH2könnte auch auf dem Mars verwendet werden, was die Polarablagerungen auf dem Mond doppelt relevant macht.) Vom Erde-Mond-L-1-Punkt aus erfordert die Landung auf oder der Start von den Polen des Mondes etwa 1,6 Meilen pro Sekunde (2,6 Kilometer pro Sekunde). ) Geschwindigkeitsänderung, während der Transfer von der Marsoberfläche zur Marsbahn für Rendezvous und Rückkehr zur Erde eine Geschwindigkeitsänderung von 2 mps (3,2 km/s) erfordert. Somit sind die Transferenergien für die beiden Missionen vergleichbar. Das bedeutet, dass wir die Methan-ISRU-Systeme nicht nur prinzipiell testen können, sondern die eigentliche Marsausrüstung praktisch drei Tage entfernt auf dem Mond und im cislunaren Raum (dem Gebiet zwischen Erde und Mond). Wenn Besatzungen während einer Mission in Schwierigkeiten geraten, sollte dies außerdem besser auf dem Mond geschehen, wo eine Rettung möglich sein könnte.

Tatsächlich bedeuten diese Mondeigenschaften, dass ein vollständiger End-to-End-Systemtest aller Teile einer Mars Direct-Stil-Architektur im cislunaren Raum durchgeführt werden könnte, wodurch das kritischste Hindernis überwunden wird: das 'Risiko', ISRU-In der kritische Pfad.

ISRU ist meiner Meinung nach die wichtigste und wegweisende Technologie für die Raumfahrt der Zukunft. Ich gehe so weit zu sagen, dass a menschliche Mars-Mission ist nicht denkbar, ohne ISRU in irgendeiner Form aufzunehmen, höchstwahrscheinlich als Treibstoffquelle, aber auch für andere potenzielle Anwendungen (z. B. Abschirmung, Sauerstoff und Wasser). Und eine solche ISRU wird nicht auftreten, bis sie im Weltraum bewiesen ist, am einfachsten und nützlichsten auf dem Mond.

Eine im Apollo-Modus durchgeführte Marsmission (alles, was von der Erde aus gestartet wird) ist weder finanziell noch politisch möglich. Ein Gebot der nationalen Sicherheit während Apollo erlaubte es den Vereinigten Staaten, technische Probleme mit Geld zu Tode zu schlagen. Wir leben nicht mehr in dieser Welt. Raumfahrtprogramme müssen bezahlbar sein, was bedeutet, dass wir uns nicht für den einfachsten oder vertrautesten Weg entscheiden können – wir müssen klug, sparsam sein und das Vorhandene nutzen.

Vorwärts

Während eines Jüngste Anhörung zum vorgeschlagenen neuen NASA-Genehmigungsgesetz , die beiden Zeugen- Steve Squyres von der Cornell University und Tom Young von der Lockheed Martin Corporation- beide meinten das Mondrückkehr war keine Voraussetzung für menschliche Marsmissionen. Sie liegen beide falsch. Der kritische Pfad zum Mars verläuft durch den Mond, wenn auch nicht so, wie die meisten Ingenieure ihn betrachten. Sie haben eine Mondmission als Kostümprobe für die Mars-Mission angesehen, bei der Menschen auf dem Mond landen, um eine komplexe und sorgfältig choreografierte EVA durchzuführen, um zu üben, wie sie den Mars erkunden und dann den Mond so schnell wie möglich verlassen. Aus ihrer Sicht besteht das Hauptziel der Mondmission darin, sie hinter sich zu bringen.

Damit eine bemannte Mission zum Mars erfolgreich ist, ist eine anhaltende Mondrückkehr viel wertvoller als eine Touch-and-Go-, Vorbeiflug- oder Schwebeflug-Mission. Nur auf dem Mond können wir zum ersten Mal lernen, wie man Ressourcen außerhalb des Planeten gewinnt und nutzt. Wir stellen das ISRU-Risiko dauerhaft zurück und erschließen Raum durch die Nutzung von Mondressourcen. Wir üben die gesamte Mars-Oberflächenmissionssequenz mit Mars-Hardware, die im Weltraum fliegt – von der Landung über das Auftanken bis zum Aufstieg. Ohne ISRU zum Mars zu fliegen, erfordert zu viel Masse in LEO und erfordert mehrere Starts von teuren Wegwerffahrzeugen. Infolgedessen wäre eine bemannte Marsmission unerschwinglich und daher unwahrscheinlich. Solche Ausgaben können unter praktisch allen denkbaren politischen Umständen nicht gerechtfertigt werden, außer im Zusammenhang mit einem nationalen Notstand – sicherlich eine Möglichkeit, auf die nicht zu hoffen ist.

Und ja, für diejenigen, die den Breadcrumbs folgen, werden wir mit dem ISRU-Prozess ein System entwickeln, das routinemäßig auf den gesamten cislunaren Raum einschließlich der Mondoberfläche zugreifen kann.

Die geäußerten Ansichten sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des Herausgebers wider. Folge uns @spacedotcom , Facebook und Google+ . Originalartikel über demokratija.eu .