Hochgeschwindigkeits-Mondstaub könnte die Zukunft menschlicher Missionen auf dem Mond trüben

Menschen auf dem Mond zu landen ist unschön – eine Lektion, die die Apollo-Astronauten auf die harte Tour gelernt haben. Der Einsatz eines Raketentriebwerks, um ein großes Raumfahrzeug auf die Mondoberfläche abzusenken, wirbelt eine ganze Menge schnell fliegenden Staub auf, der sich weit und breit ausbreiten kann und in der Lage ist, Raumfahrzeuge auf und um den Mond herum zu treffen und sogar zu beschädigen. Einige Ingenieure sind der Meinung, dass wir uns jetzt mit diesem Problem befassen müssen, vor allem, wenn wir im nächsten Jahrzehnt mehr Menschen auf dem Mond landen wollen.

Die Weltraumforscher verdanken diese staubigen Nachwirkungen der einzigartigen Umgebung des Mondes. Unser Nachbarmond ist etwa ein Viertel so groß wie die Erde und hat ein Sechstel der Schwerkraft unseres Planeten. Außerdem hat er keine Atmosphäre, so dass winzige Objekte leicht eine Zeit lang über die Oberfläche segeln können, bevor sie wieder herunterkommen. Wenn man also ein Raketentriebwerk über einen längeren Zeitraum auf den Mond richtet – was in der Regel notwendig ist, um etwas auf die Oberfläche abzusenken -, kann es Mondschmutz leicht auf Geschwindigkeiten von Tausenden von Metern pro Sekunde beschleunigen und ihn Hunderte von Kilometern weit weg schicken.

Die wenigen Apollo-Landungen in den 1960er und 70er Jahren waren nicht stark oder häufig genug, um Panik wegen des aufgewirbelten Staubs zu verursachen. Aber jetzt will die NASA wieder auf den Mond zurückkehren, diesmal um zu bleiben. Um eine längere menschliche Präsenz auf der Mondoberfläche aufrechtzuerhalten, werden viele Landungen erforderlich sein – um Menschen, Fracht, Lebensräume und mehr zum Mond zu transportieren. Ohne größere Änderungen an der Infrastruktur erhöht sich dadurch die Wahrscheinlichkeit, dass Staub aufgewirbelt wird, der Raumfahrzeuge auf dem Mond, die historischen Apollo-Stätten oder sogar die Mondbasis, die die NASA bauen und unterhalten will, beschädigen könnte. Das könnte auch zu Spannungen zwischen Nationen führen, die Raumfahrzeuge in der Nähe haben.

„Das birgt das Potenzial für ernsthafte internationale Konflikte“, sagt Phil Metzger, ein Planetenphysiker an der University of Central Florida, der früher bei der NASA arbeitete und die Auswirkungen von Raketenexplosionen auf planetare Körper untersuchte.

Mondstaub erwies sich für die Apollo-Astronauten als eine Art Albtraum. Zum einen klebte er an allem. Die Astronauten bekamen den Staub auf ihre Anzüge, was das Material mit der Zeit zersetzte. Die Partikel verunreinigten sogar einen Großteil der Ausrüstung, die die Astronauten benutzten, darunter Kameras, Heizkörper, Knöpfe und vieles mehr. Und der Staub, der während des Abstiegs auf die Mondoberfläche aufgewirbelt wurde, erschwerte es den Astronauten, zu sehen, wohin sie gingen. „Ich glaube, einer der ärgerlichsten und einschränkendsten Aspekte der Erkundung der Mondoberfläche ist der Staub und seine Anhaftung an allem, egal welche Art von Material, sei es Haut, Anzugmaterial, Metall, egal was es ist“, sagte der Apollo-17-Astronaut Gene Cernan während einer Nachbesprechung nach der Mission im Jahr 1973. Der Umgang mit diesem Schmutz wird ein großes Problem für künftige Mondmissionen sein – vor allem, wenn wir dort oben Lebensräume einrichten wollen.

Selbst bevor die Menschen aus der Tür einer Mondlandefähre treten, wird der Staub ein Problem sein, und zwar ab der Sekunde, in der das Landetriebwerk eingeschaltet wird. Wenn man hier auf der Erde ein Raketentriebwerk auf einen Haufen Staub, Kies und Steine richten würde, würde die dichte Luftatmosphäre, die unseren Planeten umgibt, die kleineren Partikel zuerst abbremsen, während die größeren Partikel den Windwiderstand durchbrechen und die größten Entfernungen zurücklegen würden. Auf dem Mond ist das Gegenteil der Fall. Die Mondoberfläche ist nicht von Luft umgeben, sondern nur von Vakuum. Wenn also ein Bündel von Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt würde, würden sich die kleineren Teilchen am schnellsten und weitesten fortbewegen, während die größeren Felsen bald von der schwachen Schwerkraft des Mondes erdrückt würden.

Das ist genau das, was passiert, wenn man ein Raketentriebwerk benutzt, um auf die Mondoberfläche hinabzusteigen. Dank der Erkenntnisse aus den Apollo-Missionen haben die Ingenieure herausgefunden, dass eine große Landefähre von der Größe der Apollo-Mondlandefähre – die Gas mit einer Geschwindigkeit von etwa 2.400 Metern pro Sekunde ausstoßen kann – Felsen und kiesgroße Partikel mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 Metern pro Sekunde in die Luft schleudern kann, wodurch sie enorme Entfernungen (bis zu sechs Fußballfelder) zurücklegen. Feiner Staub und Sand können jedoch bis zu 1.000 Meter pro Sekunde schnell werden und Hunderte von Kilometern weit weggeschleudert werden – oder sogar über den ganzen Mond verteilt werden.

Maschinen, die sich im Weg dieser Hochgeschwindigkeitspartikel befinden, könnten schwer beschädigt werden. „Das könnte ein Raumschiff in der Mondumlaufbahn zerstören, wenn es zufällig zur falschen Zeit am falschen Ort ist“, sagt Metzger. Die Apollo-12-Astronauten erlebten diesen Effekt, als sie im November 1969 auf dem Mond landeten. Sie landeten absichtlich in der Nähe einer Robotersonde namens Surveyor 3, die die NASA 1967 auf dem Mond abgesetzt hatte. Als sie Teile der Sonde mit zur Erde nahmen, fanden Forscher heraus, dass Surveyor 3 durch den Staub der Landung gründlich sandgestrahlt worden war.

„Wir können sehen, dass die Partikel der Monderde tief in die Oberfläche des Surveyor eingedrungen sind“, sagt Metzger, der ein Team leitete, das Teile der Surveyor 3-Sonde untersuchte, die von Apollo 12 zurückkehrten. „

Das Problem könnte sich noch verschärfen, wenn die NASA Menschen auf den Mond zurückschicken will, denn einige der von Privatunternehmen wie Blue Origin, Lockheed Martin und SpaceX vorgeschlagenen Lander wären viel größer als die Apollo-Lander. Das Ergebnis all dieser Lander, die auf dem Mond landen: noch mehr Staub und große Partikel, die mit höherer Geschwindigkeit herausgeschleudert werden.

„Es wird noch schlimmer sein“, sagt Metzger. „Es wird sandgroßes Material sein, das komplett vom Mond in eine Umlaufbahn um die Sonne geblasen wird. Größere Partikel wie Kies werden über größere Entfernungen verstreut werden.“ Logistisch gesehen könnte das eine schlechte Nachricht für zukünftige Lebensräume sein, die die NASA oder andere Raumfahrtbehörden auf dem Mond errichten wollen. „Wenn man zu nahe an seinem Außenposten landet, könnte es sein, dass der Außenposten mit Schotter beworfen wird, der sich mit der Geschwindigkeit von Kugeln fortbewegt“, sagt Metzger.

Es ist auch ein Problem für die historische Erhaltung. Weltraumarchäologen sind daran interessiert, die Apollo-Landestellen so unberührt wie möglich zu halten, um sie in Zukunft untersuchen zu können. „Aus diesen frühen Stätten kann man archäologisch noch viel lernen“, sagt Beth O’Leary, eine Weltraumarchäologin an der New Mexico State University, gegenüber The Verge. O’Leary ist zum Beispiel daran interessiert, die Technologie der frühen sowjetischen Roboter-Raumschiffe, die auf dem Mond gelandet sind, mit den frühen amerikanischen Raumschiffen zu vergleichen, aber das geht nur, wenn die Teile so bleiben, wie sie waren, als sie in den 1960er Jahren gelandet sind.

„Das kann man nur machen, wenn man sich die Artefakte der Stätte ansieht“, sagt O’Leary. „Denn wenn man etwas wegnimmt, kann man es zwar aufzeichnen und in einem Museum aufbewahren, aber man nimmt dem Ort seine Integrität.“

Außerdem ist O’Leary nicht nur an den Hardware-Artefakten interessiert, sondern auch an den Merkmalen, die die Apollo-Astronauten im Boden hinterlassen haben – insbesondere an ihren Fußabdrücken auf dem Mond. „Alles, was auf dem Mond eine Besonderheit darstellt, läuft Gefahr, durch Wind oder andere erosive Kräfte gestört zu werden“, sagt O’Leary. „Und die Art und Weise, wie Raumfahrzeuge in der Zukunft landen könnten, oder wo sie landen würden, würde diese im Wesentlichen auslöschen.“

Eine Möglichkeit, all diese Fahrzeuge und Maschinen zu erhalten, besteht darin, weit genug entfernt zu landen, damit die wertvolle Hardware intakt bleibt. Aber die Forscher kennen den besten Mindestabstand nicht. Im Jahr 2011 versuchten Metzger und ein Team von Forschern, Richtlinien dafür aufzustellen, wie weit entfernt von den Apollo-Stätten andere Einheiten landen sollten, um möglichst wenig Schaden anzurichten. Das Team einigte sich auf einen Abstand von 2 Kilometern, aber Metzger sagt, dass diese Zahl willkürlich ist – es gibt keinen wirklich sicheren Mindestabstand. Da Lander das Potenzial haben, den Staub global zu verteilen, hängt alles davon ab, wie viel Schaden als „okay“ angesehen wird. Mondroboter können ein gewisses Maß an Bombardierung verkraften – in der Tat fällt ständig interplanetarer Staub auf den Mond – aber es ist unklar, wann Schäden zu einer Belastung werden.

„In einer gewissen Entfernung wäre der Schaden, den man verursacht, vernachlässigbar im Vergleich zu dem, was die Natur tut“, sagt Metzger. „Aber wir sind nicht klug genug, um herauszufinden, wie groß diese Entfernung ist.“

Um das Schadensrisiko zu verringern, müssen die NASA und andere kommerzielle Unternehmen, die zum Mond fliegen wollen, laut Metzger ernsthaft in Erwägung ziehen, Landeplätze auf der Mondoberfläche zu errichten, bevor Landungen zur Routine werden. Aber auch diese Lösung hat ihre Tücken. Der Transport eines vorgefertigten Landeplatzes aus Metall zur Installation auf der Oberfläche würde enorme Mengen an Treibstoff und enorme Geldsummen erfordern. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von Mikrowellen oder anderen erhitzten Werkzeugen, um den Mondboden zu einer flachen Oberfläche zu schmelzen, aber das erfordert den Einsatz experimenteller Technik.

Letztendlich wird jede Landeplatzoption neue, hochentwickelte Technologien erfordern und könnte Mondmissionen komplexer und teurer machen. In Anbetracht der bereits hohen Kosten für Mondrückkehrmissionen ist es gut möglich, dass die NASA und andere kommerzielle Unternehmen diesen Schritt auslassen. Deshalb argumentiert Metzger, dass es an der Zeit ist, dass sich die Länder darauf einigen, dass Schäden an ihren Raumfahrzeugen auf dem Mond eine sehr reale Möglichkeit sind.

Neben den Apollo-Stationen der Vereinigten Staaten haben auch China und Russland Roboter auf den Mond geschickt, und andere Länder, darunter Indien und Japan, haben Raumfahrzeuge auf der Mondoberfläche abstürzen lassen. Diese Fahrzeuge oder ihre Überreste könnten sich in der Schusslinie befinden, ganz gleich, wo eine große menschliche Landefähre landen wird. „Ich denke, wir brauchen ein internationales Abkommen, in dem wir uns alle einig sind, dass wir uns gegenseitig die Hardware sandstrahlen dürfen“, sagt Metzger. „Wenn wir uns nicht darauf einigen können, dann bedeutet das, dass man an bestimmten Stellen auf dem Mond nicht landen kann. Und das bedeutet, dass Länder in der Lage sein werden, effektives Territorium zu beanspruchen.“

Die USA sind noch viele Jahre davon entfernt, dass Menschen regelmäßig zum und vom Mond reisen werden, es bleibt also noch viel Zeit, darüber nachzudenken, bevor es zu internationalen Spannungen kommt. Wenn es der NASA und der privaten Raumfahrtindustrie jedoch wirklich ernst damit ist, zum Mond zu fliegen und dort zu bleiben, müssen sich diese Organisationen mit den Partikeln, die die Mondoberfläche bedecken, sehr gut vertraut machen. Denn ihre Fahrzeuge werden überall auf dem Mond Mondstaub versprühen, ob sie es wollen oder nicht.

anzeigen