Die NASA will Raketentreibstoff aus Marsboden gewinnen

von Ryan Whitwam

Die Menschheit baut mächtige Raketen wie die SpaceX BFR und das NASA Space Launch System, die eine Nutzlast fern von der Erde aufnehmen können. Wenn Sie jedoch die Rückreise antreten, müssen Sie viel mehr Kraftstoff mit sich herumschleppen. Bemühungen, Menschen in den kommenden Jahrzehnten zum Mars zu schicken, wären hilfreich, wenn wir auf dem roten Planeten Treibstoff herstellen könnten. Das ist vielleicht praktikabler als wir dachten. Der Leiter des NASA-Teams, Kurt Leucht, hat erklärt, wie die Agentur Mars-Boden nutzen könnte, um die Treibstoff-Astronauten nach einer Mission nach Hause zu bringen.

Laut Leucht ist es aufgrund der unausweichlichen Realitäten der Physik am besten, am Zielort alles zu machen, was man kann. Das „Übersetzungsverhältnis“ für den Mars beträgt 226: 1, dh für jedes Kilogramm Material, das Sie senden, ist eine Rakete erforderlich, um 225 Kilogramm Kraftstoff zu verbrennen. Dies gilt für alle Materialien - Wasser, Lebensmittel, wissenschaftliche Ausrüstung, Menschen und sogar Reservetreibstoff für die Rückreise. Da Nutzlasten so teuer sind, ist es sinnvoll, auf dem Mars alles zu produzieren, was Sie können. Dies wird als In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) bezeichnet.

Wenn Sie entschlossen sind, auf dem Mars Treibstoff zu produzieren, möchten Sie eine Wasserquelle finden. Wassermoleküle enthalten Wasserstoff und Sauerstoff, die Sie zu Kraftstoff aufspalten können. Sie werden auf dem Mars nicht auf viele große Wassereisbrocken stoßen (die Pole sind meistens Kohlendioxideis), aber der Boden könnte mehr als genug haben. Unter der staubigen Oberflächenschicht haben viele Regionen des Mars erhebliche Ablagerungen von Wasser. Leucht stellt fest, dass Gips-Sanddünen in den unteren Breiten etwa 8 Prozent Wasser enthalten.

Die NASA nennt den Prozess der Treibstoffherstellung aus dem Mars-Regolith "Dust-to-Thrust" und arbeitet an Robotern, die möglicherweise alle schweren Lasten heben können, bevor Menschen überhaupt auf dem Mars landen. Der Regolith Advanced Surface Systems-Operationsroboter (RASSOR) nutzt zwei gegenüberliegende Schaufeltrommeln mit mehreren Schaufeln, um Material zu sammeln, während die Räder den Roboter langsam vorwärts bewegen. Die NASA hat RASSOR für den Betrieb in schwerkraftarmen Umgebungen konzipiert. Die Trommeln drehen sich in die entgegengesetzte Richtung, um den größten Teil der Grabkraft auszugleichen.

Das Sammeln des Regolithen ist nur der Anfang. Die NASA plant den Bau einer autonomen chemischen Raffinerie, die den Boden zur Wassergewinnung aufbereitet und mit einem Elektrolyseur in Wasserstoff und Sauerstoff aufteilt. Der Sauerstoff ist zusätzlich zum Raketentreibstoff für die menschliche Atmung nützlich. In beiden Fällen kann es in flüssiger Form gelagert werden. Flüssiger Wasserstoff ist schwerer zu speichern, aber die NASA plant, ihn in flüssiges Methan umzuwandeln, bis er gebraucht wird. Die Marsatmosphäre besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid, das als gute Quelle für den erforderlichen Kohlenstoff dienen sollte.

Die NASA hat mehrere Teile dieses Systems auf der Erde unter Verwendung eines simulierten Mars-Regoliths demonstriert. Die Agentur schätzt, dass das Dust-to-Thrust-System in 16 Monaten sieben Tonnen flüssiges Methan und etwa 22 Tonnen flüssigen Sauerstoff produzieren müsste, um rentabel zu sein. Die Wissenschaftler müssen immer noch die besten Landegebiete identifizieren und die Maschinerie verfeinern, um zu wissen, ob es möglich ist, diese Ziele mit der aktuellen Technologie zu erreichen. ISRU ist jedoch der Ort, an dem sich die Marserkundung der NASA bewegt.

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Ursprünglich veröffentlicht auf www.extremetech.com am 1. November 2018.