Die herausfordernde Logistik der Mond Erforschung Understand article

Übersetzt von Antje Hillmann. Der Weg zum Mond ist mit vielen Herausforderungen gepflastert. Welche Fragen muss die nächste Generation von Weltraumforschern beantworten?

Im ersten Teil dieser zweiteiligen Serie, erklärte ich warum Wissenschaftler zum Mond zurückkehren möchten, welche wissenschaftlichen Fragen noch ungeklärt sind und warum es wichtig ist Antworten auf diese Fragen zu finden (Tranfield, 2014). In diesem Folgeartikel, beschreibe ich einige praktische, aber nicht unbedeutende Herausforderungen, für erfolgreiche Mondmission zusammen mit möglichen Lösungen. Ihre Schüler, die nächste Generation der Weltraumforscher, können über die Probleme nachdenken und Ideen und Lösungen entwickeln.

Wo sollten wir auf dem Mond landen und warum?

Zu den Polen? Zum Äquator? Der Vorderseite des Mondes? Seine Rückseite? Die Antwort auf diese Frage hängt davon ab, welche wissenschaftliche Frage beantwortet werden soll. Die Apollo Missionen landeten alle auf der Mondvorderseite in der Nähe des Äquatorsw1. Wissenschaftler glauben, dass neue Gebiete erforscht werden sollten, um unser Verständnis des Mondes zu erweitern. Zu den interessanten Zielen gehören dabei die Pole. Insbesondere das Südpol – Aitken Becken, der größte, älteste und tiefste bekannte Krater auf der Mondoberflächew2, ist für Geologen ein sehr interessanter Forschungsort.

Die NASA Mission LCROSS stellte zudem 2009 fest, dass es Eis an den Polen gibt, in Regionen die nie vom direktem Sonnenlicht erreicht werdenw3. Alle Experimente, die sich mit Mondeis beschäftigen, müssten sich daher  auf die Mondpole konzentrieren. Die Rückseite des Mondes wäre auch ein interessantes neues Forschungsgebiet, welches jedoch technisch herausfordernder ist, da es nie einen direkten Sichtkontakt zwischen der Rückseite des Mondes und der Erde gibt, was die Missionsleitung und die Kommunikation erschweren würde.  

False-colour mosaic of the Moon
Falschfarben Mosaik konstruiert von einer Serie von Bildern, die mit 3 Spektralfiltern des Galileo Abbildungssystems aufgenommen wurden als das Raumschiff im Jahr 1992 über die nördliche Region des Mondes flog. Der von der Erde aus sichtbare Teil, ist in dieser Ansicht auf der linken  Seite.
Leuchtend Rosa: Hochland Materialien, welche das ovale mit Lava gefüllte Crisium Becken im unteren Teil des Bildes umranden.
Blau bis orange: vulkanische Lavaströme. Links neben des Crisiums, das dunkelblaue Meer der Stille, welches reichhaltiger an Titan ist als die grünen und orangen Meere darüber.  Dünne mineralstoffreiche Erden, in hellblau dargestellt,  repräsentieren relativ neue Einschlagstellen. Von den jüngsten Kratern gehen deutlich blaue Linien aus. Die graue Linie am rechten Rand zeigt die unbearbeitete Mondoberfläche.

Mit freundlicher Genehmigung von NASA/ JPL

Wer sollte auf die Reise gehen? Menschen oder Roboter?

Oder sollten beide gemeinsam reisen? Menschen können in der gleichen Zeit mehr wissenschaftliche Arbeiten durchführen als Roboter. Menschen lernen schnell von ihrer Umgebung und können ihr Wissen anwenden um Situationen einzuschätzen. Eine Mission mit Menschen kostet jedoch mehr Geld und gefährdet mehr Leben als eine Mission mit Robotern. Normalerweise werden Missionen mit Robotern für erste wissenschaftliche Erkundungen verwendet. Sie benutzen Kameras und wissenschaftliche Geräte um das Gebiet von der Ankunft von Menschen zu untersuchen und liefern Vorräte als Vorbereitung für die späteren Missionen. Nach einer Reihe von erfolgreichen Roboter Missionen, werden Missionen mit Menschen geplant, um kompliziertere Aufgaben wie fortschrittliche wissenschaftliche Experimente, den Aufbau von Unterkünften und die Gebietserforschung durchzuführen.

Die einzigartigen Vorteile der Erforschung durch den Menschen, wird durch die Arbeit von Apollo Astronaut Jack Schmidt deutlich, dem einzigen Geologen der je auf dem Mond gestanden hat. Jack Schmidt bemerkte einen auffälligen orangefarbenen Stein auf der Mondoberfläche und sammelte Proben davon ein. Diese ungeplanten Proben haben sich als extrem wertvoll für unser Verständnis der Geschichte des Mondes herausgestelltw4 und wären ohne die Ausbildung und Erfahrung von Jack Schmidt vollkommen übersehen wurden.

Sollten die Experimente auf dem Mond oder auf der Erde durchgeführt werden?

Mondproben existieren in einer Umgebung mit minimalsten Luft und Wasseranteilen, entfernt von Kontaminationsquellen wie dem Menschen, Raumfahrzeugen und der Erdatmosphäre. Untersuchungen der Proben auf dem Mond verringern somit das Risiko der Veränderung und Verunreinigung der Proben während des Transportes. Jedoch begrenzen Kosten und technologische Hindernisse, wie die Entwicklung von wissenschaftliche Geräte die klein genug sind und trotz der veränderten Mondschwerkaft funktionieren, die Möglichkeiten der Analysen welche auf der Mondoberfläche durchgeführt werden können.

Proben die verschiedene Analysen oder komplizierte Geräte benötigen sollten daher auf der Erde getestet werden. Das  bedeutet, dass sie vorsichtig eingesammelt und zur Erde transportiert werden müssen, um Veränderungen und Kontaminationen zu vermeiden. Die Behältnisse, welche für die Apollo Missionen entwickelt wurden, sind ein gutes Beispiel dafür wie anspruchsvoll diese Aufgabe sein kann. Die Behältnisse wurden so gestaltet, dass sie während der Reise zurück zur Erde Sauerstoff und Wasser von den Proben fernhalten sollten. In einigen Fällen zersetzte jedoch der aggressive Mondstaub die Dichtungen und die Proben kamen mit Luft und Feuchtigkeit in Kontakt. Eine andere Überlegung stellt die Probenentnahme von Eisproben dar. Eisproben welche durch Bohrungen gewonnen werden, könnten durch die Hitze beim Gewinnungsprozess beschädigt werden. Zusätzlich müssten die Eisproben in speziell entwickelten Containern zur Erde zurück transportiert werden, welche die Proben vor Hitze, Licht, Strahlung, Sauerstoff und biologischen Kontaminationen schützen.

This sample of lunar olivine basalt was collected from the Moon by the Apollo 15 mission. It was formed around 3.3 billion years ago and is now on display in the National Museum of Natural History in Washington, DC, USA.
Diese Probe eines
Olivinbasalts wurde von der
Apollo 15 Mission auf dem
Mond gesammelt. Das
Gestein entstand vor rund
3.3 Milliarden Jahren und ist
nun im National Museum of
Natural History in
Washington, DC, USA
ausgestellt

Mit freundlicher Genehmigung
von Wknight94/ Wikimedia

 

A case used for the transport of lunar samples between the Moon and Earth during the Apollo programme. Inside the case are several sample collection and containment bags, used on the surface for initial sample collection and sorting. These items are on display at the National Museum of Natural History in Washington, DC, USA.
Ein Behältnis, welches für
den Transport der Proben
zwischen Mond und Erde
während des Apollo
Programms benutzt wurde.
Im Behältnis befinden sich
zahlreiche Sammel- und
Aufbewahrungsbeutel,
welche für die ursprüngliche
Probensammlung und
Sortierung auf der Oberfläche
benutzt wurden. Diese
Gegenstände sind im
National Museum of Natural
History in Washington, DC,
USA ausgestellt

Mit freundlicher Genehmigung
von Tyrol5/Wikimedia

 

The Orientale Basin is an impact site approximately the size of the American state of Texas.
Das Mare Orientale “östliches
Meer” ist ein
Einschlagskrater von der
Größe des amerikanischen
Staates Texas

Mit freundlicher Genehmigung
von Rick Kline, Cornell
University

 

Wie können die Proben auf der Erde gelagert werden ohne ihre Qualität zu gefährden?

Die „NASA curation facility“ in Houston, Texas, USA hat erfolgreich Methoden zur Handhabung von Erdproben unter Edelgas eingeführt, die sicherstellen, dass die Proben gut geschützt vor Feuchtigkeit, biologischen und gasförmigen  Kontaminationen sind. Besondere Einrichtungen existieren für die Probenuntersuchung  und detaillierte Aufzeichnungen dokumentieren, was mit jeder Probe getan wurde. Neue Proben, wie zum Beispiel Eisproben, erfordern die Entwicklung  zusätzlicher Methoden um sicherstellen zu können, dass sie auf eine Art und Weise behandelt werden, welche ihren wissenschaftlichen Wert erhält.  

Wie viele Mondmissionen sollten unternommen werden?

Jede Mission sollte mit dem  Ziel geplant werden, unser Wissen und unsere Forschungsfähigkeiten zu erweitern. Jede Mission erfordert aber auch eine erhebliche Investition von Technologien, menschlicher Zeit und Geld. Als Beispiel: Auf dem Höhepunkt des Apolloprogramms arbeiteten daran 400 000 Menschen, was Kosten von 20 Milliarden US Dollar verursachtew5 (gleich zu setzen mit ca. 120 Milliarden US Dollar in 2013, inflationsbereinigt). Im Gegensatz dazu kostete die Mission LCROSS / Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) im Jahre 2009 583 Millionen US Dollarw6. Die LCROOS/LRO Mission war sehr viel günstiger als das Apollo Programm, aber sein wissenschaftlicher Wert war geringer und es beinhaltete keine Erkundungsprojekte mit Menschen. Bei der Planung großer Forschungsprojekte sollte ein Gleichgewicht zwischen Missionen mit Menschen und Missionen mit Robotern gefunden werden um den wissenschaftlichen Gewinn zu maximieren und die Kosten in Grenzen zu halten.

Wer sollte zahlen? Wer sollte reisen?

In der heutigen politischen und wirtschaftlichen Situation haben wenige Länder die notwendigen Ressourcen und Kompetenzen eigene Mondmissionen zu starten. Internationale Kooperationen, bei denen Länder Wissen und Ressourcen austauschen,  erlauben es allen Ländern zum gemeinsamen Ziel, der langfristigen Weltraumforschung bis zum Mond und darüber hinaus, beizutragen.  Eine Herausforderung wird sein, sich darauf zu einigen, welche Länder Astronauten und Ausrüstung schicken können. Dies könnte ein interessantes Thema zur Diskussion mit ihren Schülern sein.

Der Nutzen von einer Rückkehr zum Mond ist vom Wissenschafts- und Forschungsstandpunkt her enorm. Jedoch müssen viele Herausforderungen überwunden werden um die Ziele zu erreichen. Während der Apollo Missionen wurde dies schon einmal geschafft und es gibt eine wachsende Bewegung innerhalb der heutigen wissenschaftlichen Gesellschaft die solche Erfolge wiederholen möchten.

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References

Web References

Resources

Author(s)

Erin Tranfield arbeitete am Ames Research Center der NASA in Moffett Field, CA, USA, wo sie die Toxizität von Mondstaub untersuchte. Erin ist nun am Instituto Gulbenkian de Ciência in Oeiras in Portugal angestellt, wo sie zusammen mit der Europäischen Raumfahrt Behörde an einer Fortsetzung der Monderforschung arbeitet.


Review

Dieser Artikel (Teil 2 von 2) erläutert die Herausforderungen, welchen wir uns bei künftigen Mondmissionen stellen müssen.

Artikel behandelt Fragen darüber ob und wie wissenschaftliche Missionen zum Mond einen  ausreichenden Nutzen für die Menschheit haben können und wie diese Missionen durchgeführt werden sollten.

Die Schüler können folgende Fragen betrachten:

  • Wo sollten wir auf dem Mond landen und sollten Roboter benutzt werden?

  • Sollten Experimente auf dem Mond oder auf der Erde durchgeführt werden und wie könnten Transportprobleme gelöst werden?

  • Wie viele Missionen sollten geplant werden und wer sollte für die Kosten aufkommen?


Gerd Vogt, Höhere Lehranstalt für Umwelt und Wirtschaft, Yspertal, Österreich




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