Robert Klatt
Die NASA hat mit einem Laser Sauerstoff aus Mondgestein extrahiert. Auf dem Erdtrabanten könnte dieser Prozess mit einem Sonnenofen ablaufen, um die Astronauten bei Langzeitmissionen zu versorgen.
Washington, D.C. (U.S.A.). In den kommenden Jahren möchten mehrere Staaten, darunter etwa China und Russland, eine permanente Basis auf dem Mond errichten. Damit dies klappt, muss auf dem Erdtrabanten Sauerstoff gewonnen werden. Auf dem Mars ist dies der National Aeronautics and Space Administration (NASA) mit dem Experiment MOXIE des Rovers Perseverance, das aus der dünnen Atmosphäre des Planeten Sauerstoff extrahierte, bereits gelungen.
Weil der Mond keine Atmosphäre besitzt, kann diese Methode dort nicht verwendet werden. Astronauten müssen auf dem Erdtrabanten deshalb Sauerstoff aus anderen Ressourcen, etwa Regolith oder Wassereis, gewinnen. Der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) hat dies bereits 2020 erprobt. Dabei wurde mithilfe der Schmelzfluss-Elektrolyse aus lunarem Regolith Sauerstoff extrahiert.
Nun haben Wissenschaftler der NASA Sauerstoff aus künstlichem Mondgestein extrahiert. Es handelt sich dabei um das erste erfolgreiche Verfahren dieser Art unter Vakuumbedingungen, welches zukünftigen Astronauten ermöglichen könnte, Ressourcen direkt auf dem Mond zu nutzen und aufzubereiten. Das für diese Tests verantwortliche NASA-Team führte die Versuche in einer speziellen Vakuumkammer durch. Dabei wurden Bedingungen simuliert, die jenen auf dem Mond entsprechen.
Die Wärme durch die Sonnenenergiekonzentration simulierten die Forscher mit einem starken Laser, der das Mondgesteinsimitat in einem carbothermischen Reaktor schmolz. In diesem Reaktor findet der Prozess der Erhitzung und Sauerstoffgewinnung statt. Karbothermische Reduktion ist ein seit Jahrzehnten auf der Erde angewandtes Verfahren, um beispielsweise Solarzellen und Stahl herzustellen, indem bei hohen Temperaturen Kohlenmonoxid oder -dioxid erzeugt wird.
Nachdem das Gestein erhitzt worden war, gelang es dem Team, Kohlenmonoxid mit einem Massenspektrometer zur Beobachtung von Mondoperationen (MSolo) nachzuweisen. Ein ähnliches Gerät wird bei zwei bevorstehenden Forschungsmissionen zum Südpol des Mondes zum Einsatz kommen. Die Polar Resources Ice Mining Experiment-1 im Jahr 2023 wird Wissenschaftlern bei der Suche nach Wasser helfen, während der Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) im November 2024 den Mons Mouton erkunden wird, um detaillierte Informationen über die Lage und Konzentration von Wassereis und anderen potenziellen Ressourcen zu sammeln.
Laut Aaron Paz, leitender NASA-Ingenieur und CaRD-Projektleiter, ist das Potenzial der Technik groß.
„Diese Technologie hat das Potenzial, auf der Mondoberfläche pro Jahr ein Mehrfaches ihres Eigengewichts an Sauerstoff zu produzieren, was eine dauerhafte menschliche Präsenz und eine lunare Wirtschaft ermöglichen werden.“
Um diesen Prozess zur Sauerstoffgewinnung auf dem Mond anzuwenden, muss ein karbothermischer Reaktor in der Lage sein, einen Druck aufrechtzuerhalten, der verhindert, dass Gase ins Weltall entweichen, während gleichzeitig Mondmaterial in die Reaktionszone ein- und ausgetragen werden kann. Durch die Durchführung des CaRD-Tests im Vakuum wurden die Bedingungen an der Mondoberfläche simuliert und der technische Reifegrad des Reaktors auf Stufe sechs erhöht. Dies bedeutet, dass die Technologie über einen voll funktionsfähigen Prototyp oder ein repräsentatives Modell verfügt und bereit ist, im Weltraum getestet zu werden.
Anastasia Ford, NASA-Ingenieurin und CaRD-Testleiterin, bezeichnet das Experiment als großen Schritt hin zu einer Basis auf dem Erdtrabanten.
„Unser Team hat bewiesen, dass der CaRD-Reaktor auf der Mondoberfläche überleben und erfolgreich Sauerstoff gewinnen kann. Dies ist ein großer Schritt bei der Entwicklung der Architektur für den Bau nachhaltiger menschlicher Basen auf anderen Planeten.“