Das erklärte Ziel der Menschheit ist die Rückkehr zum Mond. Doch diesmal soll dort eine dauerhaft bewohnte Mondbasis entstehen, in der Menschen leben und arbeiten. Laut NASA kann der lunare Außenposten dann auch für zukünftige Missionen zum Mars genutzt werden. Doch wie lässt sich der Bau einer solchen Mondbasis überhaupt realisieren und welche Probleme müssen dabei überwunden werden?
In zahlreichen Science-Fiction Geschichten besitzt die Menschheit in der Zukunft einen dauerhaft bewohnten Außenposten auf dem Mond. Je nach Buch, Film oder Serie leben und arbeiten auf dem Erdtrabanten bereits Hunderte bis Millionen Menschen. Aber wie realistisch ist eine solche Mondkolonie überhaupt und wie lässt sich der Bau einer Mondbasis, unter Berücksichtigung der physikalischen Besonderheiten auf dem Mond, technisch bewerkstelligen?
Obwohl der Mond aus kosmischer Sicht der Erde unglaublich nah steht, trennen die beiden doch noch rund 384.400 Kilometer. Zudem unterscheiden sich die beiden Himmelskörper in vielerlei Hinsicht: Der Mond besitzt kein Magnetfeld, dass seine Oberfläche vor der gefährlichen kosmischen Strahlung schützt, seine Anziehungskraft beträgt zudem nur etwa ein Sechstel der Erde und er verfügt über keine Atmosphäre im eigentlichen Sinn. Auch in Sachen Oberflächentemperatur und -beschaffenheit unterscheiden sich Erde und Mond gewaltig. Am Tag kann es auf dem Mond rund 100 Grad Celsius heiß werden, in der Nacht fallen die Temperaturen dann auf minus 180 Grad Celsius ab. Zudem ist die gesamte Mondoberfläche von Geröll und Staub bedeckt. Alleine diese Tatsachen haben Einfluss auf zahlreiche Faktoren, die beim Bau einer Mondbasis berücksichtig werden müssen. Der traditionelle Gebäudebau, wie wir ihn von der Erde kennen, funktioniert hier nicht. Aber wie lassen sich Gebäude auf dem Mond errichten in denen Menschen dauerhaft leben und arbeiten können? Die großen Raumfahrtorganisationen sowie einige private Unternehmen haben für alle lunaren Bauprobleme in den letzten Jahren Lösungen entwickelt - es fehlen lediglich die finanziellen Mittel.
Auch auf dem Mond gibt es einen Tag-Nacht-Zyklus, aber anders als auf der Erde, dauert dieser rund zwei Wochen. Durch seine synchronisierte Rotation zeigt stets dieselbe Seite des Mondes zur Erde, die sogenannte dunkle Seite ist der Erde dauerhaft abgewandt. Bei der Wahl des Bauplatzes einer Mondbasis sollte also zuerst überlegt werden, auf welcher Mondseite die Basis errichtet werden soll. Die der Erde zugwandte Seite bietet den Vorteil der direkten Kommunikationsmöglichkeit mit der Erde, die dunkle Seite des Mondes hingegen bieten einen besseren Blick ins Universum und eignet sich daher besser für astronomische Beobachtungen.
Neuste Sondenaufnahmen zeigen, dass sich die dunkle Seite des Mondes tatsächlich von der erdzugewandten Seite unterscheidet. Auf der erdabgewandten Seite gibt es wesentlich mehr Krater kleiner Meteoriteneinschläge. Da die Mondbasis jedoch möglichst minimalsten Risiken ausgesetzt sein sollte, wäre die erdzugewandte Seite die bessere Wahl für eine Basis auf dem Mond.
Nachdem geklärt ist, welche Mondseite die bessere Wahl für eine dauerhaft bewohnte Basis auf dem Mond ist, muss nun der letztendliche Bauplatz der Mondstation weiter eingegrenzt werden. Da die Basis mit Energie versorgt werden muss, wird man sich aus praktischen, aber auch aus Kostengründen, für Sonnenenergie als Stromquelle entscheiden. Bei dieser Wahl der Energiequelle eignen sich die Polregionen des Mondes am besten als Standort, da diese Bereiche, anders als die Äquatorregion, fast dauerhaft von der Sonne beschienen werden. Die Polregionen, primär die Nordpolregion des Mondes, bietet zwei weitere wichtige Vorteile als Standort der Mondbasis: Hier sind die Temperaturen moderater und schwanken zwischen Tag und Nacht lediglich um etwa 60 Grad Celsius. Der wohl wichtigste Grund ist aber, dass es hier Wasser auf dem Mond gibt!
Dank den früheren Apollo-Missionen, die Mondgestein mit zur Erde brachten, konnten bereits minimale Spuren von Wasser in den Mondsteinen nachgewiesen werden. Da der Mond jedoch wie eine trockene Staubwüste aussieht und von den damaligen Astronauten auch so beschrieben wurde, hielt man das Wasser im Mondgestein für eine Kontamination.
Im Jahr 2009 ließ die NASA eine Sonde (LCROSS) gezielt auf den Mond stürzen um 90 Sekunden später mit einer zweiten Sonde die rund 10.000 Tonnen hochgeschleuderten Staub und Gesteinssplitter mit Spezialkameras zu analysieren. Das Ergebnis: Der Mond besitzt einen Wasseranteil von überraschenden 5,6 Prozent (in Form von Eis). Dass das Eis nicht schmilzt und anschließend verdampft liegt daran, dass es geschützt unter der Oberfläche beziehungsweise im dauerhaften Schatten tiefer Krater liegt. Hochrechnungen der Wissenschaftler deuten darauf hin, dass alleine in der Nordpolregion des Mondes rund 600 Milliarden Liter Wassereis eingelagert sind. Da Wasser ein essentieller Rohstoff und ein immenser Kostenfaktor für den dauerhaften Betrieb einer Mondstation ist – besonders wenn er immer von der Erde nachgeliefert werden müsste, wird die zukünftige Mondbasis mit hoher Wahrscheinlichkeit irgendwo in der Nordpolregion des Mondes errichtet werden. Mit passenden Maschinen und Gerätschaften kann so das lebenswichtige Nass direkt vor Ort gewonnen werden und muss nicht permanent von der Erde nachgeliefert werden.
Bei der Planung und dem Bau einer Mondstation werden, wie auch auf der Erde, diverse Geräte und Baumaschinen benötigt. Kräne, Bagger, Radlader, Muldenkipper und Planierraupen sind jedoch nicht nur sehr groß, sie sind auch sehr schwer und zudem auf den Betrieb auf der Erde ausgelegt. Diese Maschinen müssten auf dem Mond unter ganz anderen Bedingungen arbeiten. Die geringere Schwerkraft stellt dabei kein Problem dar. Sie ist sogar ein Vorteil, denn so lastet auf den Maschinen nur rund ein Sechstel des Gewichts. Auf dem Mond existiert aber auch ein Vakuum und dies macht es unmöglich mit manchen Materialien oder Geräten zu arbeiten. Öle und Schmierstoffe würden ins Vakuum entweichen. Obwohl dafür bestimmt eine technische Lösung gefunden werden würde, bleibt die Frage, wie man diese gewaltigen Baumaschinen auf den Mond bekommt. Die Antwort: Gar nicht! Es gibt derzeit keine Raketen, geschweige denn Triebwerke, die in der Lage wären, eine so hohe und voluminöse Nutzlast zum Mond zu transportieren. Es muss also eine andere Lösung her.
Auch wenn es sich nach Science-Fiction anhört und mit dem konventionellen Gebäudebau nichts zu tun hat – es funktioniert! Die ESA arbeitet bereits an 3D-Druckern, welche die zukünftige Mondbasis an Ort und Stelle drucken werden. Schon heute sind 3D-Drucker in der Lage ganze Häuser zu drucken und auch die ESA erzielt bei ihren Versuchen immer wieder neue Erfolge. Zwar sind die benötigten Drucker ebenfalls riesig aber immer noch kleiner und leichter als herkömmliche Baumaschinen von der Erde.
Damit die 3D-Drucker auf dem Mond arbeiten können, brauchen sie einen Rohstoff, mit dem sie die Gebäude drucken können. Das dafür benötigte Material von der Erde zum Mond zu bringen wäre viel zu teuer und zu ineffizient. Immerhin kommt es bei einem Raketenstart auf jedes Gramm an und derzeit kostet der Transport in den Erdorbit von einem Kilogramm Nutzlast zwischen 20.000 US-Dollar und 50.000 US-Dollar. Dank der Falcon 9 von dem privaten Raumfahrtunternehmen SpaceX können die Kosten pro Kilogramm Nutzlast zwar auf maximal 2.500 US-Dollar gesenkt werden, diese Kosten beschreiben jedoch nur den Transport in den Erdorbit – ein Transport zum Mond wäre nochmals deutlich teurer.
Die Lösung für dieses Problem heißt Lunarregolith. Anstatt für den Bau der Mondbasis die wesentlichen Materialien von der Erde mitzubringen, nutzen wir die Rohstoffe, die der Mond zu bieten hat. Bei Lunarregolith handelt es sich um nichts anderes als Mondstaub – den es auf dem Mond mehr als Sand am Meer gibt.
Die ESA stellt sich den Ablauf wie folgt vor: Autonome Rover sammeln den Mondstaub eigenständig ein und mischen ihn mit Magnesiumoxid. Nur durch die Beigabe des Oxids des Magnesiums wird der Mondstaub druckbar. Eine Düse an den Fahrzeugen trägt zudem eine Schicht bindendes Salz auf, was aus dem Lunarregolith in Kombination mit dem Magnesiumoxid eine Art Mondbeton macht. Das Magnesiumoxid sowie das Salz müssten von der Erde mitgebracht werden. Diese Rohstoffe machen aber nur ein Prozent des benötigten Materials aus – 99 Prozent des Materials sind bereits auf dem Mond vorhanden.
Lunarregolith bietet noch einen weiteren Vorteil: Mit 46 bis 110 Mikrometer ist es doppelt so fein wie der Sandstaub auf der Erde. Dadurch wird der Mondbeton rund zehn Mal fester als Beton, den wir bereits von der Erde kennen. Zudem muss dieser durch die geringere Schwerkraft nur ein Sechstel der Last tragen. Auf dem Mond gibt es auch keine Atmosphäre, welche die Baumaterialen angreift – ein weiterer klarer Vorteil in Sachen Haltbarkeit und Wartung. Jedoch ergeben sich bei Gebäuden auf dem Erdtrabanten ganz neue Probleme...
Innerhalb der Mondstation wird ein Druck von einem Bar sein. Außerhalb der Gebäude herrschen aber null Bar Druck. Dies bedeutet, dass die Druckbelastung auf die Baustruktur von innen nach außen wirkt. Auf der Erde gibt es bereits vergleichbare und gut erprobte Gebäude: Traglufthallen. Auch hier hat die ESA bereits erste Entwürfe, mit denen sie erfolgreich experimentiert. Der ungewöhnliche Druckunterschied stellt auf dem Mond zudem kein Problem dar, da die Traglufthalle einfach mit dem Mondbeton ummantelt wird und dieser durch sein Eigengewicht dem Überdruck entgegenwirkt.
Wie bereits erwähnt, herrschen auf dem Mond extreme Temperaturschwankungen. Dies stellt alle festen Konstruktionen, die zudem keinerlei Risse oder andere Ermüdungserscheinungen aufweisen dürfen, vor ganz besonderen Herausforderungen. Eine weitere Gefahr stellt die erhöhte Strahlenbelastung auf dem Mond dar. Messungen haben gezeigt, dass Menschen, die lediglich einen Monat auf dem Mond leben, einer Strahlendosis ausgesetzt sind, die der eines gesamten Menschenlebens auf der Erde entspricht.
Um die Bewohner der zukünftigen Mondbasis ausreichend zu schützen, müsste die gedruckte Außenwandstärke der Gebäude mindestens 2,5 Meter dick sein. Diese enorme Dicke ist aber auch aus einem weiteren Grund sinnvoll. Die Auswertung von 14.000 Fotos der Mondoberfläche hat gezeigt, dass unser kosmischer Nachbar jährlich von etwa 180 Meteoriten getroffen wird. Einige sind so groß wie Kühlschränke und reißen bis zu 43 Meter große Krater in die Mondoberfläche. Aber selbst kleinere Meteoriten, die wir von der Erde als Sternschnuppen kennen, können auf dem Mond zur großen Gefahr werden. Da der Mond keine Atmosphäre besitzt, in der die oft nur staubkorngroßen aber bis zu 500 Kilometer pro Sekunde schnellen Objekte verglühen können, könnten diese sogenannten Mikrometeoriten bei einer Mondbasis ohne ausreichenden Schutz immense Schäden anrichten und zur echten Gefahr für die dort lebenden Menschen werden.
Um den Schutz für die Mondkolonie zu erhöhen, könnte man ein Teil der Mondbasis unter die Oberfläche verlagern. Dies hat jedoch den Nachteil, dass man diesen Teil der Gebäude natürlich nicht drucken kann und für Aushebungen wieder schwere Baumaschinen benötigt werden würden. Aber auch für dieses Problem findet sich bereits eine Lösung auf dem Mond.
Früher einmal waren Höhlen für Menschen eine bevorzugte Wohnadresse, denn sie haben Schutz vor Wind, Wetter und anderen Gefahren geboten. Auch auf dem Mond gibt es solche schützenden Höhlen, die in den über 100 Millionen Jahren alten und bereits erkalteten Lavalandschaften des Erdtrabanten zu finden sind. Diese sogenannten Lavahöhlen, wie man sie beispielsweise auch auf kanarischen Insel Lanzarote findet, kommen auf dem Mond an zahlreichen Stellen vor. Die größten bekannten Mondhöhlen sind mehrere Kilometer lang und einige haben eine bis zu 200 Meter dicke Decke, die auch vor größeren Meteoriteneinschlägen Schutz bietet.
Wie es der Zufall will, hat die NASA im Januar 2018 genauso einen offenen Höhleneingang auf dem Mond in der für eine Mondbasis favorisierten Nordpolregion entdeckt. Hier sind die Lichtverhältnisse ideal, es werden auseichend Eisvorkommen in der direkten Nähe vermutet und die Höhle scheint einen mehr als ausreichenden Schutz zu bieten.
Eine der letzten Fragen bezüglich der Mondstation betrifft die Größe der Basis. Diese ist natürlich abhängig von der Anzahl der Menschen, die dort leben und arbeiten sollen und damit indirekt auch von den benötigten Gewächshäusern die Nahrung und Sauerstoff produzieren. Auch die Anzahl der Labore bestimmt die letztendliche Größe der Mondbasis, die im Idealfall modular aufgebaut ist und somit jederzeit erweitert werden kann. Aber wie ist das mit dem Leben auf dem Mond? Welche Anforderungen stellt der Mensch an seinen Wohnraum außerhalb der Erde? Wie viel Platz benötigt er und welche sozialen Bedürfnisse muss eine Mondstation befriedigen können?
Auf der Erde wurden dazu bereits mehrere Langzeitexperimente durchgeführt. Hier haben Wissenschaftler das längere Zusammenleben von Menschen auf engstem Raum untersucht. Die Experimente wurden in absoluter Isolation entweder in Wüstenregionen oder in der Antarktis durchgeführt. Diese Ergebnisse sind elementar für die Planung einer Mondstation aber auch für bemannte Flüge zum Mars. Die NASA kam zu dem Ergebnis, dass jeder Mensch einen persönlichen Rückzugsort benötigt. Dieser sollte im kleinsten Fall 20 Kubikmeter betragen. Dies ergibt in etwa eine Grundfläche von ca. vier mal zwei Metern. Die NASA hat dazu den sogenannten Man-System Integration Standard (NASA-STD-3000) definiert.
Auch wenn theoretisch alle Probleme lösbar sind, muss vor dem Baubeginn der Mondstation noch einiges getan werden. So muss sich der Bauplatz tatsächlich vor Ort angesehen werden. Für viele kleinere technische Probleme müssen noch Lösungen gefunden werden und vor allem werden die finanziellen Mittel benötigt. Denn eins ist klar: Eine Mondbasis ist wesentlich komplizierter und teurer als eine Raumstation. Und selbst wenn ein Termin steht, reicht ein technisches unvorhergesehenes Problem, um den gesamten Zeitplan über den Haufen zu werden. Klar ist, die Menschheit wird in Zukunft eine dauerhafte Kolonie auf dem Mond besitzen, nur wann es soweit ist, steht noch in den Sternen.
