Identifikation notwendiger Maschinen zur Rohstoff- und Wassergewinnung auf Mars und Mond


Studienarbeit, 1998

74 Seiten, Note: 1.3


Leseprobe

Inhalt

1 Einleitung

2 Die Bedingungen auf Mars und Mond
2.1 Mars - Der erdähnlichste Planet
2.1.1 Der Mars - Eine menschenfeindliche Umgebung?
2.1.2 Die Jahreszeiten
2.1.3 Die Atmosphäre
2.1.4 Allgemeine Daten Mars - Erde
2.2 Der Erdmond
2.2.1 Die ersten Eindrücke
2.2.2 Die Mondoberfläche
2.2.3 Das Wetter
2.2.4 Allgemeine Daten Mond - Erde

3 Der Aufbau einer Station
3.1 Die Geschichte der bisherigen Missionen zum Mars
3.2 Die internationale Raumstation als wichtiger Meilenstein
3.3 Von der Landung unbemannter Raumsonden zum Aufbau einer autarken Station
3.3.1 Das Konzept von Robert Zubrin
3.3.2 Eigene Bewertung

4 Grundlagen der Rohstoffnutzung
4.1 Einteilung von Rohstoffen
4.2 Irdische Rohstoffvorkommen
4.3 Das Vorgehen bei der Rohstoffgewinnung – Technische Makroprozesse

5 Nutzung der Rohstoffe auf Mars und Mond
5.1 Extraterrestrische Rohstoffvorkommen
5.1.1 Rohstoffvorkommen auf dem Mars
5.1.2 Wasservorkommen auf dem Mars
5.1.3 Rohstoffvorkommen auf dem Erdmond
5.1.4 Wasservorkommen auf dem Erdmond
5.2 Rohstoffbedarf
5.3 Prozesse für die extraterrestrische Rohstoffgewinnung
5.3.1 Prozesse zur Herstellung von Baumaterialien
5.3.2 Prozesse zur Herstellung von Kunststoffen
5.3.3 Prozesse zur Herstellung von Glas und Keramik
5.3.4 Prozesse zur Metallgewinnung
5.3.5 Prozesse zur Siliziumgewinnung
5.3.6 Prozesse zur Treibstoffherstellung
5.3.7 Prozesse zur Sauerstoffherstellung
5.3.8 Prozesse zur Wassergewinnung
5.3.9 Zwischenfazit

6 Maschinen zur Rohstoffgewinnung
6.1 Bergbau auf dem Mars
6.2 Maschinen für die Wassergewinnung
6.3 Das Beispiel Bohren
6.4 Maschinen zur Herstellung von Glas und Keramik
6.5 Zwischenfazit

7 Zusammenfassung und Ausblick

8 Literaturnachweis

Vorwort

Ein Ziel einer längerfristigen Marsmission muß es sein, eine größtenteils autarke Sta­tion aufzubauen, die ihre Kosten z. T. durch Rohstoffexporte zur Erde kompensieren kann. Ein langfristiges finanzielles Engagement der Nationen der Erde wird es wohl kaum geben, wenn nicht kommer­zielle Interessen dahinterstehen. Natürlich ist dies ein sehr weitgestrecktes und nur in ferner Zukunft erreichbares Ziel, aber nur dieser Weg kann den Menschen davon überzeugen, sich langfristig auf dem Mars aufzu­halten.

Meiner Meinung nach sollten wir möglichst bald mit diesem Unternehmen beginnen, denn erst dadurch wird sich zeigen, welche Vorteile die Exploration des Roten Planeten mit sich bringt. Große Entdeckungsreisen, die u. a. zur Besiedlung des amerikanischen und australischen Kontinents geführt haben, waren zu Anfang auch mit nur großem finan­ziellen Aufwand realisierbar. Aber diese Entdeckungen haben zu neuen Er­kenntnissen und Fortschritten geführt, die im voraus überhaupt nicht abzuschätzen waren. Auch finanziell hat sich die Fahrt des Kolumbus für die Europäer letztendlich gelohnt.

Einige große technische Fortschritte wurden während der ersten Weltraum­mis­sionen erzielt. Dies geschah jedoch nur durch den Wettbewerb des Kalten Krie­ges. In der Vergangenheit wurden derartige Entwicklungen vorwiegend in Kriegen erzielt. Da dies keine wünschenswerte Möglichkeit ist, die Natur besser kennenzu­lernen und zu verstehen, sollte sich die Welt gemeinsam bessere Wege suchen, die dies ermöglichen. Einer dieser Wege ist meiner Meinung nach der zum Mars.

Über den Sinn einer derartigen Mission gibt es durchaus kontroverse Diskussionen. Unbestritten ist jedoch, daß nur mit einer bemannten Mission das Erkenntnisstreben des Menschen, sein Entdeckerdrang und emotionale Gefühle befriedigt werden können. Es kann dabei nicht Ziel sein, zum Mars zu fliegen, um einen Staat zu repräsentieren, wie dies vorrangig bei den ersten Mondlandungen der Fall war, sondern es müssen wissenschaftliche Erkenntnisse gezogen werden können, die durch ein unbemanntes Landegerät nicht zu erreichen sind.

Im Rahmen dieser Studienarbeit in Zusammenarbeit mit Oliver Hofmann /32/, Martin Spickermann /10/ und Uwe Zachau /31/ war die Zielsetzung, die ersten Schritte zur Entwicklung von mars- bzw. mondgerechten Maschinen und Werkzeugen zu vollbringen.

Dabei hat sich nach den ersten Arbeitsergebnissen mein Thema ergeben, auf das ich im weiteren eingehen möchte. Dabei betrachte ich zunächst die Bedingungen, die auf dem Mars und dem Erdmond herrschen, sowie einen kurzen Überblick der bisherigen Forschungsergebnisse. Dadurch ergeben sich in den folgenden Kapiteln die Randbedingungen, die bei der Rohstoff- und Wassergewinnung auf anderen Himmelskörpern zu beachten sind. Außerdem werden die benötigten Prozesse vorgestellt.

1 Einleitung

Nach der ersten bemannten Mondlandung im Jahr 1969 ist der Flug zu einem anderen Himmelskörper eine große Herausforderung für die Menschheit. Dabei kommt in erster Linie der Mars in Frage, da er einer der erdnahen Planeten ist die Bedingungen an der Oberfläche ein menschliches Überleben mit geringerem Aufwand als auf anderen Planeten ermöglichen. Dazu muß eine wissenschaftliche Station aufgebaut werden, um – wie auch in der Antarktis – über Jahre hinweg Forschung zu betreiben. Für eine derartige Station kommt auch der Erdmond in Frage, da man durch ihn Erfahrungen mit Forschungsstationen auf anderen Himmelskörpern sammeln kann, bevor man den Schritt zum Mars wagt.

Um einen längefristigen Aufenthalt auf Mars oder Mond durchführen zu können, sind langwierige Planungen notwendig. Dabei spielt die Konzeption und Entwicklung von speziell an die besonderen Bedingungen angepaßten Maschinen, Werkzeugen und sonstigen technischen Hilfsmitteln eine herausragende Rolle. Langfristig muß die extraterrestrische Station wenigstens teilweise unabhängig von der Erde sein. Dazu muß die notwendige Technik auch vor Ort produziert werden können. Diese Aspekte sollen im Rahmen dieser Arbeit näher behandelt werden.

Thema der vorliegenden Arbeit ist es nunmehr, notwendige Maschinen zur Rohstoff- und Wassergewinnung zu identifizieren. Die erforderlichen Randbedingungen sollen dafür erfaßt und notwendige Prozesse zur Rohstoffgewinnung sowie -verarbeitung herausgestellt werden.

Um die Maschinen auslegen zu können, müssen zunächst die Bedingungen auf Mars und Mond erfaßt und mit denen auf der Erde verglichen werden. Die Identifikation der benötigten Produkte führt dann über die Auswahl von geeigneten Prozeßketten zu Maschinen zur Rohstoff- und Wassergewinnung. Ein mögliches Szenario auf dem Roten Planeten zeigt das Bild 1.1.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 1.1: Habitat, Fahrzeug, Treibhaus und Rückkehreinheit auf dem Mars /19/

2 Die Bedingungen auf Mars und Mond

2.1 Mars - Der erdähnlichste Planet

2.1.1 Der Mars - Eine menschenfeindliche Umgebung?

Der Mars ist der vierte Planet des Sonnensystems mit einer mittleren Entfernung von der Sonne von 227,9 Millionen Kilometern. Er umläuft die Sonne in einer um 1°51’ gegen die Ekliptik geneigten Bahn in 687 Tagen. Trotz seines geringen Äquatorradius von 3397 Kilometern ist er bezüglich der physikalischen Bedingungen seiner Atmosphäre und Oberfläche der erdähnlichste Planet. Alle zwei Jahre nähern sich Mars und Erde einander, bis sich ihre Entfernung auf 56 bis 100 Millionen Kilometer verringert. In In­tervallen von 15 bis 17 Jahren erreicht ihre Annäherung ein Maximum, so z.B. wieder am 28. August 2003, wenn sich ihr Abstand auf 55,8 Millionen Kilometer verkürzt /1, 2/.

Wie man sich den Mars am besten vorstellt, hat der französische Astronom Gérard de Vauccouleurs beschrieben: „Man nehme eine irdische Wüste, verschiebe sie in die Polarregion und bringe sie dort in die Stratosphäre“ /11/. Der Grundtyp der Marsoberfläche ist tatsächlich der einer sehr rauhen, trockenen und kalten Wüstenlandschaft. Weite Bereiche der Marsoberfläche zeigen Aufsturzkrater, wie wir sie von der Mondoberfläche her kennen. Im Gegensatz zu den Verhältnissen auf dem Mond sind aber die Marskrater nicht so häufig pro Flächeneinheit anzutreffen und zeigen auch einen stärkeren Verwitterungsgrad. Sie sind also flacher und abge­tragener. Daneben gibt es eine Reihe von stark gewundenen Tälern, die oft feine Ver­ästelungen zeigen. Ihre Struktur erinnert an die Wirkung von Erosion durch Was­ser /1/.

Vorteilhaft für eine bemannte Mission zu diesem Planeten ist die fast identische Rotations­periode. Der Mars benötigt für die Zeit zwischen zwei Sonnenaufgängen rund 24 Stunden und 37 Minuten. Jedoch ist die Schwerebeschleunigung an der Mars­ober­flä­che durch die geringere Masse nur 0,38 mal so stark wie auf der Erde /1/.

2.1.2 Die Jahreszeiten

Da die Rotationsachse des Mars, ebenso wie die der Erde, geneigt ist, gibt es auch auf dem Mars Jahreszeiten. Die dadurch wohl auffälligsten Erscheinungen sind die weißen Kappen an den Polen, die periodisch gegen den Äquator wandern und sich dann wieder zurückziehen. Diese Polkappen bestehen aus einer dünnen Schicht Reif auf sehr kalter Unterlage, die sich im Marswinter unter einer Nebeldecke bildet und im Frühjahr wegen des geringen atmosphärischen Drucks verdampft /1/.

Ungleich der Erde, die auf einer fast kreisförmigen Bahn um die Sonne rotiert, ist die Umlaufbahn des Mars stark elliptisch. Dieses bedeutet, daß die Jahreszeiten auf dem Mars auch durch die verschieden Entfernungen zur Sonne beeinflußt werden. Die Jahreszeiten auf der Erde hingegen werden nur durch die Neigung der Erdachse bestimmt /23/.

Wegen der großen Bahnexzentrizität des Mars von 0,0934 ergibt sich ein Unterschied in der kürzesten und der weitesten Entfernung zur Sonne von knapp 42 Millionen Kilometern. Wie jeder Körper in einer durch Schwerkraft bedingten Umlaufbahn bewegt sich auch der Mars nach dem zweiten Keplerschen Gesetz schneller an seinem zur Sonne nächsten Punkt als an seinem zur Sonne entferntesten Punkt. Als Folge ergeben sich Jahreszeiten unterschiedlicher Länge /23/.

Zum Vergleich sind in der Tabelle 2.1 die Länge der Jahreszeiten in Tagen auf Mars und Erde aufgelistet.

Tabelle 2.1: Vergleich der Länge der Jahreszeiten auf Erde und Mars /23/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.1.3 Die Atmosphäre

Hauptbestandteil der Marsatmosphäre ist mit 95,3 % Kohlendioxid. 2,7 % entfallen auf Stickstoff, 1,6 % auf Argon, 0,13 % auf Sau­erstoff, 0,07 % auf Kohlenmonoxid und 0,03 % (leicht schwankend) auf Wasserdampf /1/. In seiner Jugend war die Kohlendioxidatmosphäre des Planeten dichter als heute und verursachte einen „Treibhauseffekt“, der ein warmes und feuchtes Klima zur Folge hatte. Im Verlauf geologischer Zeiträume verlor der Mars jedoch einen Großteil seiner Atmosphäre und wurde zu jener kalten und trockenen Welt, die wir heute kennen /5/.

Obwohl der Mars allem Anschein nach niemals eine Atmosphäre terrestrischer Art gehabt hat, sprechen geochemische und morphologische Anzeichen dafür, daß die Atmosphäre einst wesentlich stärker gewesen sein muß. Auf die Dauer verband sich jedoch das gasförmige CO2 mit flüssigem Wasser und bildete eine schwache Säure. Diese Kohlensäure (H2CO3) ist im freien Zustand nicht existenzfähig; sie verbindet sich mit dem Gestein des Bodens zu Karbonaten, d. h. zu Kalk (Kalziumkarbonat, CaCO3) und mit Magnesium zu Dolomit [CaMg(CO3)2]. So geschah es, daß die Atmosphäre allmählich all ihr CO2 verlor und der Planet zu der kalten, trockenen Welt von heute wurde /4/.

Mit dem Dünnerwerden der durch die geringere Schwerkraft nur schwach an den Pla­neten gefesselten Atmosphäre mußte der Treibhauseffekt nachlassen und die Tem­peraturen allmählich unter den Gefrierpunkt fallen. Das flüssige Wasser verschwand endgültig, womit es auch keine CO2-Absorption mehr gab, und so entstanden nach und nach die Bedingungen, die wir heute auf dem Roten Planeten finden /4/.

Die meteorologische Station der Pathfinder-Sonde hat am Landeplatz einen Luftdruck von nur etwa 6,8 Millibar registriert. Das entspricht dem hundertfünfzigsten Teil des Luftdrucks, der auf der Erde in Höhe des Meeresspiegels gemessen wird /3g/. In der Sturmsaison steigt der Luftdruck und die Tem­pe­raturen sinken, was sich auch im Ares Vallis, der Landestelle der im Juli 1997 gelandeten Pathfinder-Sonde, bemerkbar gemacht hat. Gäbe es nicht diese durch den jahreszeitlichen Wechsel hervorgerufenen Winde, die sturmähnlich über den Planeten hinwegwehen, erschiene der Himmelskörper als eine tote, in früherem Zustand eingefrorene Welt. Die Stürme können so heftig [JS1] werden, daß ihre Folgen sogar von der Erde aus zu beobachten sind. Wenn sie wehen, ver­färbt sich die Oberfläche infolge des aufgewirbelten Sandes und Staubes. Auch das Klima auf dem Mars scheinen die Winde maßgeblich zu beeinflussen, wie die Messungen der Pathfinder-Sonde gezeigt haben. An der Raumsonde waren in drei verschiedenen Höhen Windmesser befestigt, und diese registrierten unterschiedli­che Geschwindigkeiten. Auf der Erde gibt es derartige Differenzen nicht. Auf dem Mars scheinen sogar regelrechte Windhosen aufzutreten, wie man sie aus irdischen Wü­stenregionen kennt. Es konnten auch regelrechte Wettervorgänge an der Landestation wahrgenommen werden, zu denen u. a. Luftdruckschwankungen, bedingt durch das Vorüberziehen von zyklonenartigen Gebilden, gehörten /3e/.

Die Temperaturen erreichen am Äquator während der Mittagsstunden maximal +27 °C, sinken aber wegen der dünnen Atmosphäre während der Nachmittagsstunden be­reits stark ab, erreichen bei Sonnenuntergang schon -70 °C. Nachts kann die Gashülle die Wärme schlecht speichern und die Temperaturen sinken deshalb auf ‑80 °C bis ‑143 °C. Die tiefsten Temperaturen treten natürlich an den Polen während der Polar­nacht auf. Sie dürften zwischen -120 °C und -150 °C liegen. Diese tiefen Temperatu­ren in den Polargebieten führen dort zu Niederschlägen, die aus Kohlendi­oxidschnee und Wasserschnee bestehen /1/.

Die dünne Atmosphäre bildet nur wenig Schutz gegen ultraviolette, Röntgen- und Gammastrahlen. Darüber hinaus müßten sich menschliche Besucher auch auf ein Dauer­bombar­dement kleiner Meteoriten einstellen. Zum Vergleich: Unsere Erde erreichen täglich etwa 40 Tonnen Meteoritenmaterial. Der größerer Teil entfällt allerdings auf die unter 0,1 mm großen Mikrometeoriten. Diese Meteoriten sind u. a. Bruchstücke zerfallener Kleinplaneten, wie sie sich zwischen der Mars- und Jupiter­bahn befinden. Deshalb ist auch trotz der geringeren Anziehungskraft des Roten Plane­ten ein ähnlich ho­her Meteoriteneinfall zu befürchten /1/.

2.1.4 Allgemeine Daten Mars - Erde

Die Tabelle 2.2 zeigt eine Übersicht der wichtigsten Daten des Mars im Vergleich mit denen der Erde.

Tabelle 2.2: Allgemeine Daten Mars - Erde /1, 4/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2 Der Erdmond

2.2.1 Die ersten Eindrücke

Der Mond ist als einziger Trabant der Erde zugleich der erdnächste Himmelskörper und bildet aufgrund des Massenverhältnisses von 1:81 zusammen mit ihr fast einen Doppelplaneten. Durch die Nähe zur Erde sind die gemeinsamen Beeinflussungen recht groß, was sich z. B. in den ausgeprägten Tiden der Erdmeere oder der einseitigen Zuwendung des Mondes zur Erde zeigt. Das Fehlen einer Atmosphäre bedingt das völlig andere Erscheinungsbild des Trabanten, welches hauptsächlich aus dunklen Mare-Gebieten, hellen Hochlandgebieten und Kraterstrukturen besteht /18, 25/.

2.2.2 Die Mondoberfläche

Das heutige Erscheinungsbild der Oberfläche wurde im Laufe seiner frühen Entwicklungsgeschichte von Vulkanismus, tektonischen Massenbewegungen und seismischen Aktivitäten geformt. Bis in die heutige Zeit hinein zeichnen Meteroitenbeschuß und Erosion durch starke tägliche Temperaturwechsel die Oberflächengestalt des Mondes aus. Deutlich unterscheiden sich bereits bei flüchtiger Betrachtung die Vorder- und die Rückseite. Während die Rückseite von Krater- und Gebirgslandschaften dominiert wird, finden sich auf der Vorderseite darüber hinaus große, dunkle Mare, also lavagefüllte Becken /24/.

2.2.3 Das Wetter

Ein Wettergeschehen ist auf dem Mond nicht vorhanden, da seine äußerst dünne Atmosphäre keinen Einfluß auf die Oberfläche ausübt. Die Atmosphäre besteht aus Wasserstoff, Helium, Neon und Argon und ihren Isotopen, die atomar und molekular vorkommen. Die Teilchendichte beträgt abhängig von der Oberflächentemperatur, die im Bereich von -150 °C in der Nacht und 130 °C am Tage schwankt, lediglich 104 bis 105 Teilchen pro Kubikzentimeter. Sie liegt damit sogar noch unter derjenigen Teilchendichte, die in der Höhe eines niedrigen Erdorbits vorhanden ist /25, 26/. Die Tabelle 2.3 vergleicht einige Teilchendichten in verschiedenen Umgebungen.

Tabelle 2.3: Vergleich einiger Teilchendichten in verschiedenen Umgebungen /25, 26/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wie die Tabelle 2.3 zeigt, kommt eine technische Nutzung der Mondatmosphäre nicht in Frage, da der Aufwand sehr hoch ist, um die Gase auf ein nutzbares Druckniveau zu komprimieren.

2.2.4 Allgemeine Daten Mond - Erde

Die Tabelle 2.4 zeigt eine Übersicht der wichtigsten Daten des Mond im Vergleich mit denen der Erde.

Tabelle 2.4: Allgemeine Daten Mond - Erde /1, 18, 24, 25/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3 Der Aufbau einer Station

3.1 Die Geschichte der bisherigen Missionen zum Mars

Der rote Planet wurde schon in den letzten Jahrhunderten mit Fernrohren beobachtet. Die beiden Marssatelliten Deimos und Phobos wurden 1877 von Asaph Hall entdeckt. Als erster erkannte der italienische Astronom Giovanni Virgi­nio Schiaparelli gegen Ende des vorigen Jahrhunderts Oberflächeneinzelheiten. So fand er ebenfalls 1877 die sogenannten Marskanäle, von denen um die Jahrhundertwende in einigen wissen­schaftlichen Kreisen ernsthaft geglaubt wurde, es handle sich bei diesen meist schnur­geraden Linien, die Dunkelzonen miteinander verbinden, um technische Anlagen einer menschlichen Marszivilisation. Nicht zuletzt die fotografischen Aufnahmen der Mars­sonden bewiesen, daß es sich um optische Täuschungen handelte /1/.

Schon vor einigen Jahrzehnten war man sich darüber klar, daß neben der Erde nur zwei an­dere Planeten in unserem Sonnensystem für die Existenz von Leben in Frage kommen: Venus und Mars. Jedoch ist nach neueren Forschungen auf der Venus jedes Leben, auch das primi­tivste, unmöglich. Auch auf dem Mars gibt es kein höheres organisches Leben, da die Umweltbedingungen dies nicht zulassen. Erste Nahaufnahmen der Marsoberfläche, die die Marssonde Mariner 4 am 14. Juli 1965 zur Erde funkte, haben Hoffnungen, Leben auf diesem Planeten zu finden, gedämpft, da die vielen Krater be­wiesen, daß die Mar­s­atmosphäre noch viel dünner ist als vorher angenommen /1/.

Die Sowjetunion hatte bei der Marsforschung anfangs überhaupt keinen Erfolg. Schon 1960 versuchte Moskau, die erste Sonde zum Mars zu schicken. Sie erreichte noch nicht einmal die Erdumlaufbahn. Keine der mehr als ein halbes Dutzend sowjetischer Sonden, die in den sechziger Jahren folgten, hat wissenschaftliche Daten von dem Planeten geliefert. Erst in der Zeit von 1971 bis 1973 schwenkten moderne Nachfol­gemodelle in Marsumlaufbahnen ein, von wo sie zumindest eine Zeitlang Planetenbil­der zur Erde sendeten. Die Versuche, den Mars auch mit Landekapseln zu erforschen, scheiterten. Zwar setzten einige Kapseln auf der Oberfläche des Planeten auf, sie hatten dabei aber keinen Funkkontakt mehr zur Erde. Danach gab Moskau zunächst die Erkundung des Mars auf /3a/.

Wichtige Beiträge zur modernen Marsforschung lieferten die amerikanischen Raumsonden Mariner 6, 7 und 9. Durch sie erhielt man bis Oktober 1972 mehrere Tausend fotografische Aufnahmen. Die Landestufen von Viking 1 und 2 führten in den Jahren 1976 und 1977 u. a. auch Biolabors mit, die mittels dreier verschiedener Expe­rimente u. a. auf mögliche Stoffwechselvorgänge Rückschlüsse hätten ziehen können. Die Ergebnisse waren aber negativ. Man fand auch keine organischen Moleküle im Mars-Gestein. Allerdings war ihre Suche nur auf zwei kleine Gebiete beschränkt. Damit war auch für die Vereinigten Staaten die Erkundung des Mars vor­erst beendet /3a/.

Erst mehr als zehn Jahre später, durch die angebliche Entdeckung von Mikrofossilien in dem Marsmeteoriten ALH 84001 im Jahr 1997, hat die Kampagne zur Erforschung des roten Pla­neten zusätzlichen Auftrieb erhalten. Doch auch zu den sowjetischen Sonden Phobos 1 und 2, die den Mars und seinen Mond Phobos fotografieren und Meßgeräte absetzen sollten, ging der Funkkontakt noch vor dem Absetzen der Instrumente verloren. Nur Phobos 2 konnte vorher noch Fotos aufnehmen. Die Amerikaner hatten nicht mehr Glück, als der Kontakt zu ihrem Mars Observer verloren ging, bevor die Sonde im Au­gust 1993 ihr Ziel erreichte. Durch seinen Ausfall mußte die NASA den Lande­platz für den Mars Pathfinder anhand der Aufnahmen der Viking-Sonden auswählen. Die russische Marssonde Mars 96, die wie die amerikanische Sonde Mars Global Surveyor die Messungen der Pathfinder-Mission sinnvoll ergänzen sollte, stürzte Mitte November 1996 in den Pazifik. Auch die Ankunft der amerikanische Sonde verzögerte sich, da ein Solarzellenflügel nicht voll­ständig ausgeklappt war. Bei dieser Mission steht die Vorbereitung einer späteren Landung eines Raumflugkörpers, der Gesteine vom Mars zur Erde bringen könnte, im Vordergrund /3a, 3b, 3c/.

Im Rahmen der Pathfinder-Mission landete der Rover Sojourner am 4. Juli 1997 er­folgreich in der Ebene namens Ares Vallis, in die ein Kanal mündet, der früher mögli­cherweise Gesteine aus dem Hochland angeschwemmt hat. Die Möglichkeit, daß es früher in der Region einmal Wasser gegeben hat, ist von besonderem wissenschaftli­chem Interesse. Die amerikanischen Sonden haben nämlich u. a. die Auf­gabe, nach Hinweisen auf früheres Mikroleben zu suchen. Seit den Meßergebnissen der Viking-Sonden schien das, wie schon erwähnt, ganz unwahrscheinlich. Seitdem hat man aber auf der Erde Leben in Umgebungen entdeckt, die früher als lebensfeindlich galten. Auch die angeblichen Mikrofossilien im Marsmeteoriten ALH 84001 könnten die Frage in einem anderen Licht erscheinen lassen. In seinen Poren haben die Forscher Karbonate, also Ausfällungen aus Wasser, das mit Mineralien gesättigt ist, gefunden /3d/.

Eine kurze Übersicht über die wichtigsten Missionen zum Mars zeigt die Tabelle 3.1.

Tabelle 3.1: Übersicht der wichtigsten Missionen zum Mars /1/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2 Die internationale Raumstation als wichtiger Meilenstein

Die zukünftige Plazierung der geplanten internationale Raumstation macht sie ideal für Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsprogramme unter Weltraumzuständen, die in keinem terrestrischen Laboratorium ausreichend simuliert werden können. Intensive Forschung im Orbit ist u. a. dazu nötig, die Auswirkungen langzeit­licher Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper besser zu verstehen und akzep­table Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Notwendig ist außerdem die Entwicklung ei­nes Schutzes vor Weltraumstrahlung, den die Menschen auf dem Roten Planeten bei Missionen von mehreren Jahren Dauer ausgesetzt sein werden. Deshalb stehen an Bord der internationalen Raumstation an vorderster Stelle die Untersuchung von Mikrogravitati­onseffekten und künstlich erzeugter Schwerkraft sowie die Entwicklung von Lebens­unterhaltungssystemen und medizinischer Versorgung in Raumfahrzeugen und Habita­ten. Hinzu kommen Fragen der Außenbordverrichtungen, Unterkunftsgestaltung sowie des menschlichen Verhaltens und Arbeitsvermögens bei langen Raummissionen. Die bisherigen Erfahrungen der russischen Raumstation Mir sowie der amerikanischen Spacelab haben gezeigt, daß die Arbeiten außerhalb der festen Einheit einer Station außerordentlich kompliziert und anstrengend sind /4/.

Die Internationale Raumstation erlaubt, neue Werkstoffe und Technologien unmittelbar im Weltraum zu erproben und sie an Ort und Stelle für ihren Einsatzzweck im Weltraum zu optimieren. Dies nutzt nicht nur der Verbesserung bemannter Systeme, sondern trägt auch dazu bei, neue technische Lösungen bei unbemannten Systemen, wie zum Beispiel Telekommunikations- und Erdbeobachtungssatelliten, einzuführen. Die Internationale Raumstation wird sich für eine Reihe von Tests und Funktionsnachweisen eignen und daher dem Fortschritt bei bemannten und unbemannten Weltraumsystemen dienen /29/.

Die krassen Unterschiede zwischen Weltraum und Erde – fehlende oder geringe Schwerkraft und Atmosphären, extreme Hitze- und Kältegrade sowie tödliche Strahlengefahr – verlangen Anstrengungen in der Entwicklung von Techniken der Le­benserhaltung und des Schutzes. So muß neben einer wohnlichen Umgebung dafür gesorgt werden, daß eine ausreichende Atmosphäre zur Verfügung steht. Dabei müs­sen alle für den menschlichen Körper giftige Stoffe ausgefiltert und durch lebenswichtige Elemente – vor allem Sauerstoff – ersetzt werden. Dabei sollte natürlich aus Kosten­gründen darauf geachtet werden, daß vermeintliche Abfallprodukte für andere Zwecke genutzt werden können und nicht einfach in den Weltraum hinausgeworfen werden /4/.

Über den Verlauf eines Jahres verbraucht ein Mensch etwa das Dreifache seines Kör­pergewichts an Nahrung, das Vierfache an Sauerstoff und das Achtfache an Trink­wasser. Da Transporte vor allem zu anderen Planeten mehrere Jahre dauern können, darf eine bemannte Mission nur begrenzt auf Nachschub von der Erde angewiesen sein. Wiederverwertung von Trinkwasser und Waschwasser sind sicherlich nicht die einzigen Möglichkeiten, dazu beizutragen, mit wenig Hilfe von der Erde auszukommen. Nahrung, Sauerstoff und Energie sollten deshalb möglichst vorort hergestellt werden. Physikalisch-chemische und bioregenerative Methoden könnten darauf die Antwort geben. So könnten z. B. Pflanzen das Kohlendioxyd in Sauerstoff umwandeln und da­bei zusätzlich Nahrung liefern /4/. Die Frage zur Schaffung künstlicher Biosphären wurde ausführlich von Spickermann /10/ untersucht.

Die zeitliche Dauer einer Marsexpedition wirft weiterhin die Frage auf, wie sich die Gesundheit der Besatzungen am Besten erhalten läßt. Nicht nur über die Behandlung von Unfällen, sondern auch über Erkrankungen, die die gesamte Crew gefährden kön­nen, muß nachgedacht werden. Diese und andere Themen werden zur Zeit auf der Raumstation Mir und in einigen Jahren auf der Internationalen Raumstation (ISS) un­tersucht /4/.

Die internationale Raumstation bietet also die Möglichkeit, eine bemannte Mission zu einem anderen Himmelskörper vorzubereiten. Sie ist ein technisches und wissen­schaftliches Forschungslabor, das in erweiterter Form außerdem ein Transportkno­tenpunkt und Umschlagbahnhof für Planetenmissionen sein könnte /4/.

[...]

Ende der Leseprobe aus 74 Seiten

Details

Titel
Identifikation notwendiger Maschinen zur Rohstoff- und Wassergewinnung auf Mars und Mond
Hochschule
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Note
1.3
Autor
Jahr
1998
Seiten
74
Katalognummer
V185187
ISBN (eBook)
9783656983330
Dateigröße
11842 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
identifikation, maschinen, rohstoff-, wassergewinnung, mars, mond
Arbeit zitieren
Jörg Selle (Autor), 1998, Identifikation notwendiger Maschinen zur Rohstoff- und Wassergewinnung auf Mars und Mond, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185187

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