Wie eine Mondbasis zum Klimaschutz beitragen kann

Die Folgen des Klimawandels sind weltweit spürbar. Raumfahrtagenturen und internationale Forschungseinrichtungen forschen an neuen Technologien, um sensible Ökosysteme auf der Erde zu schützen. Am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) untersuchen Forschende im Rahmen der Studie „International Planetary Sunshade System“ (IPSS), inwiefern im All installierte Sunshades dazu beitragen die Erderwärmung zu mindern.

Denis Acker, Doktorand am IRS, und Studierende der kürzlich gegründeten Hochschulgruppe ASTRAEUS e.V. (Advanced Space Technology Research for Astronautical Exploration of Uncharted Space) entwickeln seit drei Jahren ein Infrastrukturkonzept, welches für das IPSS-Konzept Material sicherstellen soll. Das Projekt DIANA hat ASTRAEUS bereits mehrfach auf internationalen Konferenzen vorgestellt, zuletzt beim International Astronautical Congress (IAC) in Mailand, wo sie in der Student Team Challenge den zweiten Platz belegt haben. „Mit unserem Konzept haben wir uns gegen 70 Teams durchgesetzt“, berichtet Denis Acker. „Bisher ist alles sehr theoretisch, wir haben noch keinerlei Hardware gebaut. Aber es ist nah dran an dem, was in den nächsten Jahren wirklich gemacht werden soll.“

Das Konzept: Eine Mondbasis, getauft DIANA (Dedicated Infrastructure and Architecture for Near-earth Astronautics), mit angeschlossenem Solar-Park. Die Mission: Ressourcen auf dem Mond für die Fertigung von Sunshades abbauen und verarbeiten. Hinter den Sunshades steckt eine neue Technologie, die einen Teil der Sonnenstrahlung im All reflektieren, ehe sie auf die Erde trifft. Wie wirksam und ausgereift diese Technologie ist, untersuchen parallel Forschende im IPSS-Projekt am IRS. Die ESA und Partner aus der Industrie fördern das Projekt. „Nachhaltigkeit spielt in unserem Konzept eine große Rolle“, sagt Acker. „Deshalb wollen wir eine Infrastruktur dort aufbauen, wo sie zum Einsatz kommen soll – auf dem Mond.“ Das vermeide lange Transportwege, Raketenstarts und die Produktion von CO₂ auf der Erde. Auch die Fertigung der Sunshades soll im All erfolgen, den Abbau notwendiger Ressourcen stellen Astronaut*innen sicher. Dazu entwirft ASTRAEUS Pläne für eine bewohnbare Infrastruktur auf dem Mond, die sich unabhängig von der Erde versorgen kann.

Bereits beim Bau der DIANA-Basis will ASTRAEUS größtenteils auf Ressourcen von der Erde verzichten. Stattdessen dient Regolith – Mondstaub und -gestein – als Baustoff. DIANA und die Solarzellen sollen in additiven 3D-Druck-Verfahren zu 85 Prozent aus lunaren Ressourcen gefertigt werden. „Die übrigen Ressourcen bringen wir von der Erde mit, um die Station quasi „wetterfest“ gegen die dort vorherrschenden Gravitations- und Strahlungsbedingungen zu machen“, erklärt Acker.

Die Basis wächst von einem anfänglichen Provisorium für maximal acht Personen zu einer kleinen Siedlung, bestehend aus drei Towern mit Platz für 100 Menschen und zwei Gewächshäusern. Sauerstoff gewinnen die Forschenden ebenfalls aus Regolith, das davon bis zu 40 Prozent enthält. Essenziell ist die Sauerstoffgewinnung für lebenserhaltende Systeme, etwa Belüftung und Nahrungsanbau. „Regolith enthält neben Sauerstoff auch Spurenelemente, die vielversprechend für ein Vertical-Farming-Konzept auf dem Mond sein könnten“, sagt Acker. Die Wasserversorgung wird aus dem nächstgelegenen De-Gerlache-Mondkrater sichergestellt.

Zu Anfang wird die Station von nur wenigen solaren Energiequellen, mitgebracht von der Erde, versorgt. „Allein für den Bau des Solar-Parks brauchen wir 1,3 Gigawatt an Leistung“, so Acker. Daher greift ASTRAEUS in der ersten Bauphase auf nukleare Energieressourcen von der Erde zurück. Nach der Fertigstellung kann der Solar-Park auf einer Fläche von 400 km², etwa so groß wie Köln, 17,5 Gigawatt Energie bereitstellen. Das Start-up Perosol am Institut für Photovoltaik (IPV) liefert dafür eine Solarzelltechnologie basierend auf Perowskiten, die auch hohe Strahlungsbelastungen im All überdauern und überwiegend mit lunaren Ressourcen gefertigt werden könnte. 

„Wir haben auch für ein Back-up in der lunaren Nacht gesorgt“, sagt Acker. Während der zweiwöchigen permanenten Dunkelheit am Südpol des Mondes versorgt die Satellitenkonstellation ZEUS die Station mit ausreichend Energie. Die HERMES Konstellation stellt die Kommunikation zur Erde sicher – nahezu in Echtzeit mit nur minimaler Zeitverzögerung von vier bis sechs Sekunden.

Der Bau erstreckt sich über vier Phasen und dauert etwa 30 Jahre. In dieser Zeit müssen Transportsysteme auf dem Mond eingerichtet werden und parallel mehrere robotische Systeme rund 580.000 Tonnen Regolith abbauen. „Das ist ein immenses Unterfangen, aber wir sind überzeugt, dass es innerhalb dieser Zeit zu schaffen ist“, schätzt Acker.

Starten könnte das Großprojekt 2027, vorausgesetzt ASTRAEUS überzeugt die ESA von ihrem Konzept. „Momentan entwickeln wir in Zusammenarbeit mit dem Start-up Imensus einen Prototyp, mit dem wir die Untergrundbeschaffenheit auf dem Mond untersuchen und so ideale Abbaugebiete ermitteln können.“ Dafür sucht ASTRAEUS nach Studierenden, die sich in der Entwicklung von elektronischer Hardware und Software einbringen möchten.

Der Mond ist ein Sprungbrett für künftige Missionen, wie etwa zum Mars. Die Nähe zur Erde macht den Mond zum idealen Standort, um Szenarien durchzuspielen sowie Technologien zu erproben und tauglich für die unerforschten Weiten des Weltraums zu machen.