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Rendering eines SpaceX-Raumschiffs auf dem Mond im Rahmen des Artemis-Programms der NASA.(Bildnachweis: SpaceX)

Wenn sich die Zukunft so entwickelt, wie einige Experten prognostizieren, wird der Mond ein einziger geschäftiger Weltraumbahnhof sein.

Fahrzeuge werden routinemäßig auf der Mondoberfläche ein- und ausfliegen, als Teil einer Versorgungskette, die menschliche Lager versorgt, wissenschaftliche Einrichtungen ausstattet und Ausrüstung für außerirdische Bergbauoperationen bereitstellt. In der Anfangsphase wird es zu einem Raketenkrach mit aufgewirbeltem Staub und fliegenden Trümmern kommen. Auf einem kürzlichen Expertentreffen wurde erörtert, was wir wissen und was wir nicht wissen, wie ein „flughafenähnlicher“ Betrieb auf dem Mond gehandhabt werden soll.

Das Lunar Surface Innovation Consortium veranstaltete am 23. Juli 2024 einen Workshop über Start- und Landeeinrichtungen auf dem Mond. Das Konsortium wird vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, verwaltet. Fachleute der Regierung, der Universitäten und des Privatsektors tauschten sich über den Entwurf, die Analyse und den Bau von Start- und Landeanlagen aus und ermittelten Technologielücken, um eine nachhaltige Präsenz auf dem Mond zu ermöglichen.

Gruppenarbeit

Es stehen wichtige Entscheidungen darüber an, wie die Infrastruktur geschaffen werden kann, die erforderlich ist, damit der himmlische Partner der Erde zu einer wichtigen Verkehrsader wird und eine langfristige menschliche Besiedlung dort möglich ist.

„Der Aufbau einer menschlichen Präsenz auf der Mondoberfläche ist eine Gruppenleistung“, sagt Ian Jehn, ein Bauingenieur, der sich mit sicherer und solider Infrastruktur für den Mond beschäftigt. Er ist auch Doktorand an der Colorado School of Mines.

„Es ist wahrscheinlich, dass vor einer nennenswerten menschlichen Präsenz auf dem Mond erhebliche Massen auf die Mondoberfläche gebracht werden müssen“, so Jehn gegenüber kosmischeweiten.de. „Wir brauchen Fachleute aus allen Bereichen der Industrie, die zusammenarbeiten, um eine erfolgreiche und gut funktionierende Infrastruktur auf dem Mond zu schaffen.“

Die Einrichtung großer Lebensräume auf dem Mond erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Industrie und Raumfahrtbehörden. (Bildnachweis: NASA)

Raketenabgase

Jehn rechnet mit größeren Start- und Landefahrzeugen auf dem Mond. Dieses Kommen und Gehen bedeutet größere Raketenfahnen, die mit der Mondlandschaft interagieren.

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„Die Abschwächung der Auswirkungen der Kräfte von Raketenfahnen ist derzeit ein beliebtes Studiengebiet, da die Gasfahne das Potenzial hat, Krater auf der Oberfläche zu verursachen und Hochgeschwindigkeitsregolithauswürfe zu erzeugen, die die Struktur des Fahrzeugs oder alles in der Umgebung der Landezone beschädigen können“, sagte er.

Um diese Auswirkungen der Explosionen einzudämmen, steht der Bau und die Nutzung von Start- und Landeplätzen (LLPs) auf der Diskussionsliste. Jeder Konstrukteur einer Landefläche, der seinen „anstrengenden“ Beitrag zur Konstruktion wert ist, muss wissen, in welche Fahrzeugklasse ein Mondlandegerät fällt.

Wiederverwendbar, leicht zu reparieren

„LLPs werden wahrscheinlich wiederverwendbar oder leicht zu reparieren sein müssen“, sagte Jehn, „um den sicheren und effizienten Transport von Menschen, Missionsanlagen und Material zur und von der Mondoberfläche zu gewährleisten.“

LLP-Systeme können einige sehr gut etablierte Entwurfs- und Konstruktionsverfahren aus dem terrestrischen Bauwesen nutzen, erklärt Jehn. Bau- und Konstruktionsingenieure haben ähnliche Systeme entworfen, die derzeit für die Landezonen von SpaceX Falcon und Blue Origin New Shepard verwendet werden.

Jedes strukturelle System ist auf zwei Komponenten angewiesen, um die Planung zu ermöglichen, so Jehn, und das sind die zu erwartenden Belastungsbedingungen und die Materialeigenschaften.

Jehn sagte, dass für das Gelände des Mondes erhebliche Anstrengungen unternommen werden, um Strukturmaterialien zu entwickeln. Diese Arbeit ist noch nicht abgeschlossen.

Aber es gibt auch einen Haken.

Künstlerisches Konzept eines Blue Origin-Landegeräts mit Besatzung auf der Oberfläche des Mondes. (Bildnachweis: NASA)

Stabile Strukturen

„Das Problem ist, dass die Kriterien für die Belastung von Raketenabgasen urheberrechtlich geschützt sind“, so Jehn. Derzeit werden diese Kriterien jedoch von den Commercial Lunar Payloads Services (CLPS) der NASA und den Herstellern menschlicher Landesysteme zurückgehalten und sind nur über rechtlich bindende Geheimhaltungsvereinbarungen zugänglich, sagte er.

Zu diesem Zweck arbeitet Jehn mit der American Society of Civil Engineers zusammen. Diese Gruppe hat die Entwicklung von Richtlinien für „Lunar Infrastructure Engineering, Design, Analysis, and Construction“ initiiert.

Dabei geht es unter anderem um die Art der Konstruktion und der benötigten Materialien, die Auswirkungen auf die Umwelt und den Umgang mit Mondregolith und -gestein, um die Herstellung stabiler Strukturen zu gewährleisten.

Es ist typisch, dass die Abgase von senkrecht startenden und senkrecht landenden Raketen physikalischen Druck und Wärmestrom auf die Lande- und Startfläche ausüben, so Jehn. Unterschiedliche Raketendüsen, Ausrichtungen und Größen führen zu unterschiedlichen Druck- und Wärmekonzentrationen.

„Meiner Meinung nach ist die Festlegung der Belastungsbedingungen jetzt die Priorität. Man kann ein strukturelles System, wie z. B. eine Mondlandefähre, nicht ohne Belastungskriterien entwerfen“, so Jehn. Eine Analogie dazu ist der Versuch, eine Autobahnüberführung zu entwerfen, ohne zu wissen, welche Art von Fahrzeug über diese Brücke fährt“, sagte er.