Forschung

China nutzt Mondgestein zur Herstellung von Sauerstoff

Um auf dem Mond forschen zu können, benötigen Menschen Wasser und Sauerstoff. Am günstigsten wäre es, beides vor Ort herzustellen und dabei die vorhanden Ressourcen zu nutzen.
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Um auf dem Mond forschen zu können, benötigen Menschen Wasser und Sauerstoff. Am günstigsten wäre es, beides vor Ort herzustellen und dabei die vorhanden Ressourcen zu nutzen.

Chinesische Forschende nutzen Mondgestein, um Sauerstoff und Raketentreibstoff herzustellen – ein wichtiger Schritt hin zu einer Mondstation.

Peking – China hat große Pläne mit dem Mond. Nachdem die Nation vor einigen Jahren einen Rover auf der Rückseite des Erdtrabanten platziert hat und es dem Land sogar gelungen ist, Gesteinsproben auf die Erde zu holen, soll in Zukunft unter anderem eine Forschungsstation auf dem Mond errichtet werden. Dort sollen Menschen den Himmelskörper weiter erforschen können. Auch die US-Raumfahrtorganisation Nasa will Menschen auf dem Mond arbeiten und leben lassen – bereits ab 2030.

Doch Grundvoraussetzung für das Leben und Arbeiten auf anderen Himmelskörpern ist, dass Menschen dort überleben können. Im Fall des Mondes bedeutet das vor allem, dass genügend Sauerstoff und Wasser vorhanden sein müssen. Das Problem: In der Raumfahrt ist Fracht teuer – bereits 2017 kamen Fachleute zu dem Schluss, dass es etwa 1,7 Millionen Euro kosten dürfte, einen einzigen Ziegelstein zum Mars zu transportieren.

Forschung auf dem Mond: Menschen brauchen Sauerstoff und Wasser

Es dürfte also auch teuer sein, ausreichend Sauerstoff und Wasser zum Mond zu transportieren – zumal ja außerdem noch Dinge wie Ausrüstung und Treibstoff auf dem Erdtrabanten benötigt werden. Deshalb arbeitet die Forschung an der sogenannten „in situ resource utilization“, der Verwendung vor Ort vorkommender Ressourcen, um Frachtkosten zu sparen. In diesem Rahmen hat ein Forschungsteam aus China eine Methode entwickelt, wie Treibstoff und Sauerstoff vor Ort auf dem Mond gewonnen werden können.

„Space Launch System“ der Nasa: So ist die Mond-Rakete SLS aufgebaut

Die neue Rakete „Space Launch System“ (SLS) soll für die US-Raumfahrtorganisation Nasa zum Mond fliegen. Geplant ist, dass sie in Zukunft Menschen zum Erdtrabanten befördert. Doch noch steht der Jungfernflug aus. Wie die Nasa-Mond-Rakete aufgebaut ist.
Die neue Rakete „Space Launch System“ (SLS) soll für die US-Raumfahrtorganisation Nasa zum Mond fliegen. Geplant ist, dass sie in Zukunft Menschen zum Erdtrabanten befördert. Doch noch steht der Jungfernflug aus. Wie die Nasa-Mond-Rakete aufgebaut ist. © NASA/Joel Kowsky

Die Mond-Rakete der Nasa ist gute 98 Meter hoch – etwas kleiner als die berühmte, „Saturn V“, die die „Apollo“-Missionen zum Mond brachte (110 Meter Höhe). Doch dafür hat die SLS mehr Kraft.
Die Mond-Rakete der Nasa ist gute 98 Meter hoch – etwas kleiner als die berühmte, „Saturn V“, die die „Apollo“-Missionen zum Mond brachte (110 Meter Höhe). Doch dafür hat die SLS mehr Kraft. © NASA/Glenn Benson
Die Nasa-Mond-Rakete „Space Launch System“ (SLS) besteht aus insgesamt vier RS-25-Raketentriebwerken. Die Triebwerke wurden ursprünglich für die Space Shuttles entwickelt. Für die ersten SLS-Starts werden gebrauchte RS-25-Triebwerke genutzt, die Nasa hat außerdem neue Triebwerke für spätere Flüge bestellt.
Die Nasa-Mond-Rakete „Space Launch System“ (SLS) besteht aus insgesamt vier RS-25-Raketentriebwerken. Die Triebwerke wurden ursprünglich für die Space Shuttles entwickelt. Für die ersten SLS-Starts werden gebrauchte RS-25-Triebwerke genutzt, die Nasa hat außerdem neue Triebwerke für spätere Flüge bestellt. © Nasa
Zwei Feststoff-Raketen (die sogenannten Booster) helfen dem Space Launch System beim Abheben. Das Bild zeigt den Test eines Boosters. Die Booster basieren auf den Feststoff-Raketen des Space Shuttles. Sie sind nach Angaben der Nasa die größten, stärksten Feststoff-Booster, die jemals gebaut wurden.
Zwei Feststoff-Raketen (die sogenannten Booster) helfen dem Space Launch System beim Abheben. Das Bild zeigt den Test eines Boosters. Die Booster basieren auf den Feststoff-Raketen des Space Shuttles. Sie sind nach Angaben der Nasa die größten, stärksten Feststoff-Booster, die jemals gebaut wurden. © Northrop Grumman
Die Core Stage, die Hauptstufe der Nasa-Mond-Rakete ist erkennbar durch ihre auffällige Farbe: sie ist orange. Die Stufe ist etwa 64,6 Meter hoch, sie fasst 3,3 Millionen Liter Treibstoff, mit denen die vier Triebwerke acht Minuten lang angetrieben werden, um die Rakete mit etwa 27.000 Kilometern pro Stunde ins All zu schicken.
Die Core Stage, die Hauptstufe der Nasa-Mond-Rakete ist erkennbar durch ihre auffällige Farbe: sie ist orange. Die Stufe ist etwa 64,6 Meter hoch, sie fasst 3,3 Millionen Liter Treibstoff, mit denen die vier Triebwerke acht Minuten lang angetrieben werden, um die Rakete mit etwa 27.000 Kilometern pro Stunde ins All zu schicken. © NASA/Eric Bordelon
Die Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS, etwa kryogene Zwischen-Antriebsstufe) wird dem Orion-Raumschiff, das sich an der Spitze der Rakete befindet, den nötigen Schub im Weltraum geben, um zum Mond zu fliegen. Sie wird mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff angetrieben.
Die Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS, etwa kryogene Zwischen-Antriebsstufe) wird dem Orion-Raumschiff, das sich an der Spitze der Rakete befindet, den nötigen Schub im Weltraum geben, um zum Mond zu fliegen. Sie wird mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff angetrieben. © NASA/MSFC/Brian C. Massey
Im Orion Stage Adapter befinden sich mehrere kleine Satelliten (sogenannte CubeSats), die mit der Nasa-Mission „Artemis I“ ins Weltall starten. Der ringförmige Adapter befindet sich zwischen der ICPS und dem Orion-Raumschiff. Die CubeSats werden freigesetzt, nachdem das SLS die Hauptmission – den Start des Orion-Raumschiffs zum Mond – erfolgreich abgeschlossen hat.
Im Orion Stage Adapter befinden sich mehrere kleine Satelliten (sogenannte CubeSats), die mit der Nasa-Mission „Artemis I“ ins Weltall starten. Der ringförmige Adapter befindet sich zwischen der ICPS und dem Orion-Raumschiff. Die CubeSats werden freigesetzt, nachdem das SLS die Hauptmission – den Start des Orion-Raumschiffs zum Mond – erfolgreich abgeschlossen hat. © NASA/Cory Huston
Die Nasa-Rakete Space Launch System (SLS) soll das Raumschiff Orion zum Mond befördern. Das Raumschiff sitzt an der Spitze der Rakete (im Bild ist es bei einem Test des Start-Abbruch-Systems zu sehen). Orion ist für eine Crew von vier Personen ausgelegt und für einen 21-tägigen Aufenthalt im Weltraum. Das Raumschiff besteht aus dem Launch Abort System (oben), dem Crew-Modul (Mitte) und dem Service-Modul.
Die Nasa-Rakete Space Launch System (SLS) soll das Raumschiff Orion zum Mond befördern. Das Raumschiff sitzt an der Spitze der Rakete (im Bild ist es bei einem Test des Start-Abbruch-Systems zu sehen). Orion ist für eine Crew von vier Personen ausgelegt und für einen 21-tägigen Aufenthalt im Weltraum. Das Raumschiff besteht aus dem Launch Abort System (oben), dem Crew-Modul (Mitte) und dem Service-Modul. © NASA/Tony Gray and Kevin O'Conne
Nach dem Start wird das Space Launch System zuerst die beiden Booster abtrennen. Sie werden ins Meer fallen. Später wird auch die orangefarbene Hauptstufe abgetrennt, bis am Ende nur noch das Raumschiff Orion übrig bleibt und Richtung Mond fliegt.
Nach dem Start wird das Space Launch System zuerst die beiden Booster abtrennen. Sie werden ins Meer fallen. Später wird auch die orangefarbene Hauptstufe abgetrennt, bis am Ende nur noch das Raumschiff Orion übrig bleibt und Richtung Mond fliegt. © NASA/MSFC

Dazu verwendete das chinesische Team Mondgestein, das die chinesische Mondmission „Chang‘e 5“ 2020 auf die Erde gebracht hatte. Die Forscherinnen und Forscher stellten fest, dass das Mondgestein als Katalysator eingesetzt werden kann, um Kohlendioxid in Methan und Sauerstoff umzuwandeln. Das ist besonders interessant, weil bekannt ist, dass es auf dem Mond Kohlendioxid gibt.

Mondgestein als Katalysator: Aus Kohlendioxid wird Sauerstoff und Treibstoff

Mit der Methode schlagen die Forschenden gleich zwei Fliegen mit einer Klappe: Zum einen entsteht Sauerstoff, den künftige Mondbewohner:innen zum Atmen brauchen, zum anderen aber auch Methan – ein Treibhausgas, das auch als Raketentreibstoff eingesetzt werden kann. Mondgestein wiederum ist auf dem Erdtrabanten in Hülle und Fülle vorhanden.

Doch die Forschenden gingen noch einen Schritt weiter: Sie bewiesen nicht nur, dass Mondgestein ein Katalysator zur Herstellung von Sauerstoff ist, sie automatisierten auch gleich die Herstellung von Sauerstoff und Methan. Die Automatisierung ist so weit fortgeschritten, dass die Produktion keinen menschlichen Eingriff mehr benötigt, berichtet das Forschungsteam in einer Studie, die im Fachjournal National Science Review veröffentlicht wurde.

Sauerstoff auf dem Mond gewinnen: Raumfahrt muss Ressourcen vor Ort nutzen

„Es wird erwartet, dass ein solches hocheffizientes außerirdisches Treibstoff- und Sauerstoffproduktionssystem die Entwicklung der menschlichen Zivilisation in Richtung einer außerirdischen Siedlung vorantreiben wird“, schreiben die Forschenden. Yujie Xiong, einer der Hauptautoren der Studie, erklärt in einer Mitteilung: „Die In-situ-Ressourcennutzung des Mondbodens zur extraterrestrischen Treibstoff- und Sauerstoffproduktion ist für die Erschließung des Mondes durch den Menschen unerlässlich.“

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Es ist nicht das erste Mal, dass Forschende eine Möglichkeit finden, wie Ressourcen eines fremden Himmelskörpers sinnvoll eingesetzt werden können. Griechische Forschende haben vor einiger Zeit eine Lösung entwickelt, wie man Sauerstoff aus dem Mondboden „ernten“ könnte. Ein anderes Forschungsteam hat herausgefunden, wie man auf dem Mond oder Mars Beton herstellen könnte. (tab)

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