PNEUMO PLANET Mond Habitat: nach 50 Jahren zurück zum Mond, aber diesmal werden wir bleiben

Nachdem ich Anfang 2021 glücklicherweise von der ESA (European Space Agency) Fördermittel bekommen hatte um zusammen mit zwei Wissenschaftern ein Design für ein Mondhabitat zu entwickeln, das vor kurzem fertig gestellt wurde, möchte ich dies als Gelegenheit nutzen um nicht nur über unser Projekt sondern auch um den Zustand der für die nahe Zukunft geplanten bemannten (im Englischen sagt man mittlerweile gender-neutral „crewed mission“) Mondmission zu berichten.

Angetrieben von einem Wettstreit mit der Sovietunion, die bis Mitte der 60er Jahre in der Raumfahrt führend war, stellte die US-amerikanische Regierung der NASA 4% des gesamten BIP für das ambitionierte Apollo Programm zur Verfügung und so gelang es in einer gewaltigen Anstrengung binnen weniger Jahre im Jahr 1969 den ersten Menschen auf die Mondoberfläche zu bringen.

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Die Russen hatten ebenfalls eine Mondrakete, die N1, entwickelt , die aber leider in zwei Starts explodierte. Deren Chefkonstrukteur Sergei Korolev verstarb zudem überraschend bei einer an sich harmlosen Operation und somit gaben die Russen das Rennen auf.

Es gibt allerdings auf Apple´TV die Serie „For all Mankind“. , die von einer Alternativen Zeitleiste ausgeht bei der die Russen als Erste erfolgreich am Mond gelandet sind, woraufhin das Wettrennen um die Erschließung des Weltalls in vollem Tempo weitergeführt wird mit Mondbasen und einer Mars Mission im Jahr 1995.

Wie wir aber wissen, kam es in Wirklichkeit anders: 1972 hatte das letzte Mal ein Astronaut den Mond betreten.

50 Jahre später existiert nun wieder ein Plan den Mond zu besuchen, das Artemis Programm.(Artemis war die Zwillingsschwester Apollos) Aber im Vergleich zu damals geht es nur sehr langsam voran.

Präsident Obama erklärte zunächst solchen unter George W. Bush bereits ins Leben gerufenen Plänen eine Absage: Zu teuer und „We have already been there

Letztlich verdanken wir Donald Trump den Start des Artemis Programms im Jahr 2019. Trump wollte in seiner 2. Amtsperiode mit einer bemannten Mars Mission punkten. Als er sah, dass dies in diesem kurzen Zeitraum nicht möglich sei, schwenkte er auf eine erneute Mondlandung um. Dafür soll die seit 2011 in Entwicklung befindliche SLS-Rakete (Space Launch System) Verwendung finden.

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Wie wir wissen, gab es für Trump keine zweite Amtsperiode und es ist auch fraglich, ob sein Nachfolger Joe Biden die neue Mondlandung als POTUS erleben wird. Denn die Entwicklung der SLS Rakete kommt nicht recht vom Fleck und verschlingt wesentlich mehr Steuergeld als geplant. Die ursprünglich für 2024 vorgesehene Mondlandung wurde bereits auf 2026 verschoben und auch dies ist äußerst ungewiss.

Zudem hatte die NASA vor zwei Jahren ein Landemodul ausgeschrieben, das zwischen der geplanten um den Mond kreisenden Raumstation „Lunar Gateway“ und der Mondoberfläche pendeln soll. Das private Unternehmen SpaceX bekam den Zuschlag für sein "Lunar Starship" , ein riesiges, im Gegensatz zur SLS, wiederverwendbares Raumschiff mit bis zu 150 Tonnen Nutzlast.

Eigentlich könnte die NASA die Mondmission zu geringeren Kosten auch mit Starship alleine machen. Aber dann hätte man wohl Erklärungsnotstand warum bisher Milliarden USD in die Entwicklung der SLS geflossen sind und das Projekt abgebrochen wird.

Die SLS wird zudem trotz stärkerer Triebwerke weniger Nutzlast transportieren können, als die gute alte Saturn 5 vor über 50 Jahren, was vermutlich daran liegt, dass die Saturn-Rakete aus 3 Stufen bestand, SLS aber nur aus 2 Stufen plus Booster.

Mancher wird sich fragen warum man nicht einfach eine Saturn Rakete in verbesserter Form nachbaut. Der Grund liegt darin, dass von den damals beteiligten Technikern kaum noch jemand aktiv oder am Leben ist. Viel von deren Know-How ist somit verloren gegangen. Zudem gibt es viele der Zulieferer und damals zugelieferten Komponenten nicht mehr.

SpaxeX´ Starhip scheint vielversprechender, zumindest am Papier. Ganz sicher ist das auch nicht, denn die bisherigen Prototypen sind nur ein paar hunderte Meter weit geflogen.

Auch wenn es technisch noch viele Probleme zu lösen gibt, ist immerhin ist bereits der soziale Fortschritt gesichert. Die NASA wird zum ersten Mal in der Geschichte der Raumfahrt eine Frau und eine Person of Color zum Mond schicken, es sei denn die Chinesen kommen zuvor.

Während aber für die Raketentechnik bisher viele Milliarden investiert wurden, ist für die Entwicklung einer Mondbasis bisher außer ein paar Designstudien nicht viel vollbracht worden.

Dabei ist eine Mondbasis, die eine permanente Anwesenheit von wissenschaftlichem Personal und die Nutzung der örtlichen Ressourcen ermöglicht, enorm wichtig für die weitere Erforschung und eventuell auch kommerzielle Nutzung des Weltalls.

Bloß um erneut eine Flagge zu setzen und ein paar Steine mitzunehmen wie 1969, wäre der Aufwand einer neuen Mondmission tatsächlich zu Schade.

Daher ist es gut, dass die ESA auf diesem Gebiet etwas aktiver ist, und ich bin sehr glücklich hierfür für einen Beitrag leisten zu können.

Gemeinsam mit den Physikern Norbert Kömle und Gabor Bihari habe ich das PNEUMO PLANET Mondhabitat entwickelt, das neuartig ist und wesentliche Vorteile gegenüber den bisher veröffentlichten Designs hat.

Folgende Kriterien sind hierbei wichtig:

1. Die Transportmasse und das Transportvolumen im Raumschiff sollen möglichst gering sein

2. Es soll schnell und leicht aufzubauen sein

3. Es soll vor kosmischer Strahlung, Meteoriten und extremen Temperaturen schützen

4. Die Besatzung soll sich darin bei längerem Aufenthalt wohl fühlen

5. Geringer Energieverbrauch

6. Es soll technisch so einfach wie möglich und nicht fehleranfällig sein

7. Wir wollen autark Nahrung und Sauerstoff produzieren

Die besten Standorte liegen nahe an den Polen. Anders als die Erde, deren Rotationsachse sich jährlich zur Sonne +23° und -23° neigt, beträgt diese Neigung beim Mond nur +/- 1,5°.

Es gibt daher hochgelegene Punkte die fast permanent horizontal eintreffendes Sonnenlicht erhalten. Dies ist für die konstante Erzeugung elektrischer Energie und die Belichtung von Gewächshäusern für die Photosynthese essentiell.

In allen anderen Zonen des Mondes hingegen herrscht monatlich für 14,5 Tage Dunkelheit und während der anderen Monatshälfte steigt die Temperatur auf 130°.

Wegen des flachen Einstrahlwinkels der Sonne gibt es dort aber auch Bereiche in tiefen Kratern wo niemals ein Sonnenstrahl hingelangt und daher die Temperatur nie über 200°K (minus 70°C) steigt.

Unter diesen Voraussetzungen kann Wassereis dauerhaft im Vakuum gehalten werden und sublimiert nicht (im Vakuum wird Eis nicht flüssig, sondern verdampft /"sublimiert" direkt)

Die Nutzung dieser Wasservorkommen ist sehr wichtig.

Es kann nicht nur als Trinkwasser genutzt werden oder für die Bewässerung im Gewächshaus. Wir können es auch über Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff spalten und somit Raketentreibstoff und Sauerstoff zum Atmen gewinnen.

Wenn Wasserstoff als Raketentreibstoff am Mond verfügbar ist können Raketen am Mond aufgetankt werden, ohne dass Treibstoff von der Erde transportiert werden braucht.

Wenn man dann z.B. vom Mond aus eine Rakete zum Mars startet, wäre viel weniger Energie nötig um das Gravitationsfeld des Monds zu verlassen als von der Erde aus

Thomas Herzig

Um das Transportgewicht so leicht wie möglich zu halten sehen wir eine extrem leichte aufblasbare Membrankonstruktion vor.

Diese wird dann beim Aufbau 4,5 Meter dick mit Mondregolith (Sand und kleine Steine) beschüttet. Dies ist nötig um einen Schutz vor Meteoriten und kosmischer Partikelstrahlung zu gewährleisten der jenem durch das Magnetfeld und die Atmosphäre der Erde nahezu gleichkommt.

Der Atmosphärendruck, wie wir ihn auf der Erde zum Atmen gewohnt sind, wirkt zum Vakuum hin mit einer Kraft von 100KN /m2. Das entspricht dem Gewicht von 10 Tonnen pro Quadratmeter. Damit ist klar erkennbar, dass die größte Belastung der Konstruktion nicht vom Eigengewicht und auch nicht vom Gewicht der 4.5 Meter hohen Regolith-Beschüttung ausgeht, sondern vom Innendruck.

Anders als bei druck-freien Bauten auf der Erde sind die statischen Belastungen durch die Gravitation daher im Vergleich zum Innendruck vernachlässigbar.

Die meisten aktuellen Designs für Habitate am Mond oder am Mars beruhen darauf, dass massive Wände und Decken mit einem 3D-Drucker aus geschmolzenem Regolith gedruckt werden. Massive Wände und Decken sind aber aus vorher genannten Gründen überflüssig und zudem nimmt der Druckvorgang extrem viel Energie und Zeit in Anspruch.

Hier sind die meisten Designteams , die kaum Erfahrung mit aufblasbaren Konstruktionen haben, noch viel zu sehr dem konventionellen Bauen verhaftet.

Thomas Herzig

Thomas Herzig

Die wichtigste Innovation unseres PNEUMO PLANET Mondhabitats besteht aber in einem System aus Spiegelfolien auf einem drehbaren CFK-Fachwerkturm die das Licht über einen künstlichen Krater in das großteils überdeckte Gewächshaus leiten.

Somit können wir den vermeintlichen Widerspruch, das Habitat einerseits unterirdisch zu errichten und zugleich ausreichend Sonnenlicht für Gewächshäuser zu erhalten, überwinden.

Thomas Herzig

Thomas Herzig

Thomas Herzig

Ein Gewächshaus hat eine Grundfläche von 245m2 und kann 2 Personen nachhaltig mit Nahrung und Sauerstoff versorgen. Dies ist auf dieser relativ kleinen Fläche möglich, weil wir fast immer die optimale Sonnenlichtmenge, Temperatur und Wassermenge zu Verfügung haben.

Sämtliche organischen Abfälle werden kompostiert und somit dem Boden wieder zugeführt.

Exkremente werden ebenfalls kompostiert aber zuvor bei 120° Hitze sterilisiert.

Andere bisherige Konzepte beinhalten oft Hydrokulturregale mit kleinen Pflänzchen und LED-Licht. Es ist aber effizienter Sonnenlicht direkt zu nutzen, als mit 30% Wirkungsgrad aus Photovoltaik-Kollektoren Strom für LED Licht zu produzieren. Hinzu kommt das Transportgewicht für die PV-Anlage, LED Lampen , Regale und Bewässerungstechnik

In unserem Fall fällt die alles weg, da das Licht über das Zentrale Fenster einstrahlt und das Wasseran der Decke kondensiert , von wo es wieder ins Erdreich fließt .

Der wichtigste Grund, der für unser natürliches Gewächshaus spricht, liegt allerdings darin, dass Hydrokultur keinen geschlossenen ökologischen Kreislauf vorsieht. Es muss eine künstliche Nährlösung der Bewässerung zugesetzt werden. Organische Abfälle und Exkremente können so nicht genutzt werden. Damit können kostbarer Kohlenstoff und Stickstoff, die es am Mond nicht gibt, nicht recycelt werden.

Bei unserem PNEUMOPLANET-Gewächshaus hingegen kompostieren Mikroorganismen auf natürliche Weise jegliche organische Substanz.

Wir reproduzieren hier in kleinem Maßstab einen kompletten und autarken ökologischen Kreislauf, wie auf der Erde mit der Sonne als einzig externe Energiequelle.

Das Gewächshaus ist zudem ein angenehmer natürlicher Lebensraum für die Mannschaft.

Es ist wie ein tropischer Paradiesgarten, aber immer auf angenehme 22-26° temperiert, ohne Regen und Sturm und ohne Malaria-Erreger, Zecken oder giftige Spinnen.

Thomas Herzig

Thomas Herzig

Im Vergleich zu anderen Konzepten sprechen die Zahlen und Fakten eindeutig für unser PNEUMO PLANET Design

Ein Modul des zuletzt von der ESA gemeinsam mit SOM entwickelten „Moon Village“ hat bloß 104 m2 Nutzfläche und wiegt 65.000 kg. Die kosmische Strahlung wird kaum abgeblockt.

Und es gibt keine Möglichkeit autarker Nahrungsproduktion

Bei PNEUMO PLANET wiegt eine Einheit bestehend aus 245m2-Gewöchshaus, Spiegelfolienturm, zwei Schlafräumen , einem Arbeitsraum plus Verbindungstunnels und Haustechnik bloß 3.500 -4.000kg.

Thomas Herzig

Mehr Informationen dazu gibt es in unserem Youtube Video:

https://youtu.be/uk5kgPYLKRg

Ist Raumfahrt Geldverschwendung?

Die ESA kostet jeden Bürger der Mitgliedsländer ca. 10 euro pro Jahr. Mit zwei bis drei Euro mehr könnten wir eine Mondbasis ausbauen und betreiben.

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