Neue Mineralien tauchen auf. Welche weiteren Überraschungen wird der Mond bringen?

Am 9. September gab mein Land die Entdeckung des „Chang’e-Steins“ bei der Untersuchung von Mondproben bekannt. Dies ist zugleich das sechste neue Mineral, das auf dem Mond entdeckt wurde. Tatsächlich hat die Mondbodenforschung der letzten Jahre viele Überraschungen gebracht, beispielsweise unerwartete Wasservorkommen, einfachere Extraktionsmethoden für neue Energiequellen wie Helium-3 und die Verwendung von Mondboden in besonderen Bauvorhaben. Da weiterhin relevante Ergebnisse vorliegen, wurden auch in der Luft- und Raumfahrttechnologie, die Menschen dabei hilft, zum Mond zu fliegen, Fortschritte erzielt. Dies gibt Anlass zur Hoffnung auf die Aussicht, in Zukunft eine Mondbasis zu bauen und den Mond zu erschließen.

Bild mit freundlicher Genehmigung der National Space Administration

Es gibt viele Überraschungen

Am 17. Dezember 2020 kehrte die Chang'e-5-Rückkehrsonde mit 1.731 Gramm „lokaler Mondspezialitäten“ zur Erde zurück und bot uns damit eine gute Gelegenheit, mehr über den Mond zu erfahren. Derzeit haben wissenschaftliche Forscher eine Reihe von Ergebnissen in den Bereichen Magmadifferenzierung, Weltraumverwitterung, Bioenergieumwandlung usw. erzielt und ein vorläufiges Verständnis der Morphologie und Mineralzusammensetzung von Mondproben gewonnen. Der diesmal entdeckte „Chang’e-Stein“ ist eine bedeutende Errungenschaft der Wissenschaft.

„Chang’e Stone“ ist ein wunderschöner säulenförmiger transparenter Kristall. Als Phosphatmineral kommt es in den Mondbasaltpartikeln vor, begleitet von Fayalit, Ilmenit, Troilit usw. Die Mondbodenforschung ist eine typische hochmoderne Grundlagenforschung, die eine Reihe damit verbundener wissenschaftlicher und technologischer Fortschritte vorantreiben kann. Die High-Tech-Mittel, die dieses Mal zur Entdeckung des „Chang’e-Steins“ eingesetzt wurden, verdienen Beachtung.

Es wird berichtet, dass Röntgenstrahlen beim Durchdringen von Mineralkristallen auf regelmäßig angeordnete Atome innerhalb der Kristalle treffen und gestreut werden, wodurch ein einzigartiges Beugungsphänomen auftritt, das der Kristallstruktur entspricht. Auf dieser Grundlage trennten die Forscher aus 140.000 Mondprobenpartikeln ein einzelnes Kristallpartikel mit einer Größe von etwa 10 Mikrometern ab und analysierten erfolgreich dessen Struktur. Es besteht kein Zweifel, dass ähnliche technische Mittel den Wissenschaftlern dabei helfen werden, die Zusammensetzung des Mondes weiter zu erforschen. Man geht davon aus, dass ein Modell der Evolutionsgeschichte des Mondes erstellt, die Gesetze der Umweltveränderungen auf dem Mond zusammengefasst und sinnvoll genutzt werden können.

Die Wissenschaftler müssen den Einsatz des „Chang'e-Steins“ noch untersuchen, und die Ergebnisse mit relativ größerem potenziellen wirtschaftlichen Wert sind auch zu einem großen Teil dem Chang'e 5-Rückkehrer zu verdanken.

Mikroskopfotos von Mondproben

Vor nicht allzu langer Zeit gelang es chinesischen Forschern erstmals, den Gehalt und die Extraktionsparameter von Helium-3, einer zukünftigen Energiequelle aus der Kernfusion, in Mondbodenproben zu ermitteln. Dies liefert wertvolle wissenschaftliche Basisdaten für die spätere Fernerkundung meines Landes hinsichtlich der Verteilung der Helium-3-Ressourcen auf dem Mond, für die Schätzung der Gesamtressourcen und sogar für die künftige Entwicklung.

Wissen Sie, Helium-3 wird als Brennstoff für die kontrollierte Kernfusion der Zukunft voraussichtlich mehr als die zehnfache Energie der Kernspaltung von Uran-235 erzeugen. Theoretisch könnte die Energie, die durch die Kernfusion von 100 Tonnen Helium-3 entsteht, von der gesamten Menschheit ein Jahr lang genutzt werden. Darüber hinaus kann Helium-3 dazu beitragen, eine Umgebung mit extrem niedrigen Temperaturen zu schaffen, und auch Spitzenforschungsbereiche wie Supraleitung und Quantencomputer werden davon stark profitieren.

Während chinesische Forscher ihre Forschungen zum Mondboden immer weiter vertiefen, ist eine relativ praktikable neue Idee aufgetaucht: die Verwendung von Ilmenitpartikeln zum Sieben und Extrahieren von Helium-3 bei Raumtemperatur.

Wenn die Menschheit auf dem Mond für längere Zeit überleben will, besteht die größte Herausforderung darin, genügend Wasser und Sauerstoff für die Aufrechterhaltung der Lebensaktivitäten zu gewinnen. Traditionelle Ansichten sind in dieser Hinsicht eher pessimistisch, aber in den letzten Jahren scheinen Forscher mehr Möglichkeiten entdeckt zu haben.

In den vom Chang'e-5-Rückkehrer mitgeführten Mondboden- und Gesteinsproben wurden Wasservorkommen entdeckt, insbesondere in der mineralischen Oberflächenschicht, wo große Mengen aus Sonnenwind gewonnenen Wassers vorhanden sind. In den 10.000 Meter tiefen Gruben am Südpol des Mondes besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich dort urzeitliches Wassereis befindet. Aus diesem Grund zielen die nächsten Monderkundungspläne vieler Länder, darunter auch meines Landes, auf den Südpol des Mondes ab.

Sollten wir auf dem Mond nicht genügend natürliche Wasserressourcen finden, gibt es andere „Heilmittel“: Durch die Verwendung von sauerstoffhaltigen Eisenmineralien im Mondboden und die anschließende Verwendung von Wasserstoff zur Anregung von Reduktionsreaktionen ist es ebenfalls möglich, Süßwasser zu produzieren und den Menschen einen ersten Schritt zum Überleben auf dem Mond zu ermöglichen. Als nächstes kann die Nutzung von Kernbatterien oder Weltraum-Solarkraftwerken zur Energiebereitstellung die Elektrolyse von Mondwasserressourcen fördern, um Sauerstoff und wichtigen Energieträger Wasserstoff zu gewinnen und so den Grundstein für den Bau einer Mondbasis und ein normales Arbeiten und Leben auf der Mondoberfläche zu legen.

Ausländische kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen haben sogar einen noch gewagteren Plan vorgeschlagen: Sie wollen Mondwasserressourcen nutzen, um Treibstoff herzustellen und Raumfahrzeuge im Orbit zu betanken.

So bereiten Sie sich auf den Mond vor

In den letzten Jahren war die NASA entschlossen, „zum Mond zurückzukehren“. Obwohl der „Artemis“-Plan immer wieder verschoben wurde und dem SLS-Plan „mangelnder Ehrgeiz“ vorgeworfen wurde, schreiten die technischen Vorbereitungen für eine neue Runde bemannter Mondlandungen tatsächlich parallel voran und sollten nicht unterschätzt werden.

Was die Transportmittel betrifft, greift SLS in großem Umfang auf ausgereifte Technologien zurück und es gibt theoretisch keine unüberwindbaren technischen Hindernisse. Das Raumschiff Orion und das von SpaceX entwickelte bemannte Mondlandemodul „Starship“ wurden strengen technischen Vorführungen und Tests unterzogen und werden voraussichtlich erfolgreich sein. Auch wenn der SLS dieser Aufgabe nicht wirklich gewachsen ist, hat Starship als „Ersatz“ mit radikaleren technologischen Konzepten ebenfalls die Möglichkeit, große Verantwortung zu übernehmen.

Was die Flugroute betrifft, hat die NASA den „einfachen“ Plan des Apollo-Programms aufgegeben, Menschen mit schweren Raketen direkt zum Mond zu schicken. Stattdessen legte sie Wert auf umfassende Vorteile und Zukunftspotenziale und beschloss, zunächst eine Mondraumstation zu bauen. Zu diesem Zweck wurde eine Sonde zur Überprüfung der Mondumlaufbahn und der Navigationsausrüstung gestartet. Sie soll im November dieses Jahres in die Umlaufbahn eintreten und die „Bewertungsergebnisse“ liefern. Wenn alles gut geht, wird die Falcon Heavy-Rakete anschließend die Module der Mondraumstation Schritt für Schritt in den Weltraum bringen.

Als nächstes werden die Raumschiffe SLS und Orion Astronauten zur Mondraumstation schicken, während die Falcon-Heavy-Rakete das verbesserte Frachtraumschiff Dragon starten wird, um die Mission der Materialversorgung der Mondraumstation zu übernehmen. Nachdem sich die Astronauten an ihren Zustand gewöhnt haben, können sie an Bord der bemannten Mondlandefähre „Starship“, die zuvor an der Mondraumstation angedockt wurde, gehen und zum Mond aufbrechen.

Im Bereich der Personalausrüstung hat die NASA kürzlich Axiom Aerospace als Lieferanten des Lunar Surface Walking System (auch bekannt als Lunar Advanced Space Suit) ausgewählt und einen Auftrag im Wert von 228,5 Millionen US-Dollar vergeben. Es wird erwartet, dass zwei Astronauten diesen Raumanzug tragen werden, wenn sie im Jahr 2025 im Rahmen der Mission „Artemis-3“ auf dem Mond landen. Darüber hinaus hat die NASA als Ersatz eine neue Generation von Raumanzügen wie den „Orion-Raumanzug“ vorbereitet.

Darüber hinaus haben westliche Forscher auch den Einsatz von Algorithmen der künstlichen Intelligenz zur Beobachtung der permanenten Schattenbereiche auf der Mondoberfläche untersucht, mehrere mögliche Landeplätze in der Nähe des Südpols des Mondes vorläufig ausgewählt und mehrere Mondrover-Projekte gestartet.

Tatsächlich ist es nicht nur die westliche Luft- und Raumfahrtgemeinschaft, die Ambitionen für bemannte Mondlandungen hegt. Chinesische Luft- und Raumfahrtexperten haben zudem öffentlich erklärt, dass die neue Generation bemannter Trägerraketen es Chinesen etwa im Jahr 2030 ermöglichen werde, zum Mond zu fliegen. Mein Land prüft derzeit einen Plan für eine bemannte Mondlandung und wird anschließend eine internationale Mondforschungsstation errichten.

Die Zukunft des Basisaufbaus ist rosig

Wenn die Menschheit in Zukunft eine Basis auf dem Mond errichten und dort für längere Zeit leben möchte, kann sie sich offensichtlich nicht vollständig auf großflächige Versorgungslieferungen von der Erde verlassen. Sie müssen lernen, auf dem Mond „lokale Materialien zu verwenden“ und die Mondressourcen mithilfe fortschrittlicherer und intelligenterer Multifunktionsroboter voll auszunutzen.

Forscher haben beispielsweise herausgefunden, dass Mondboden ein hervorragendes Baumaterial mit Eigenschaften wie hoher Temperaturbeständigkeit, starker Wärmedämmung, Strahlungsbeständigkeit und hoher Festigkeit ist. Auf der Mondoberfläche, wo es keinen Schutz durch die Atmosphäre gibt, wird Mondboden mithilfe von 3D-Drucktechnologie, Spezialklebstoffen, Roboterarmen usw. eine ideale Wahl für den Bau menschlicher Wohnstätten sein.

Darüber hinaus haben Studien ergeben, dass die Bestandteile des Mondbodens bei der katalytischen Synthese von Treibstoffen für die Luft- und Raumfahrt wie Methan und Methanol sowie bei der Bepflanzung des Weltraums eine große Hilfe sein können.

Man kann sagen, dass eine eingehende Erforschung der mineralischen Eigenschaften des Mondbodens uns dabei helfen kann, die Ressourcen des Mondes zu erkunden, eine außerirdische Umgebung und ein Lebenserhaltungssystem mit geringerem Energieverbrauch aufzubauen und den Druck auf die Ressourcenversorgung zu verringern. Dies wird für den Bau und Betrieb künftiger Mondbasen sowie für das Überleben der Astronauten und die künftige Erforschung des Weltraums von großer Bedeutung sein.

Die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber die Menschheit kann nicht ewig in dieser Wiege leben. In naher Zukunft wird die Mondbasis Gestalt annehmen und die auf der Mondbasis erzielten Erfolge und Erfahrungen werden auch für die Errichtung einer zukünftigen Marsbasis von positiver Bedeutung sein. Darüber hinaus kann die Mondbasis als „Transitstation“ wie die Mondraumstation dienen und Menschen dabei helfen, hier zu trainieren, „aufzutanken“ und zu weiter entfernten fremden Planeten zu reisen.

Die menschliche Erforschung des Mondes steckt noch in den Kinderschuhen und es gibt noch viele Geheimnisse zu lüften. Wir können uns jedoch getrost vorstellen, dass die Mondbasis immer näher rückt und die Erschließung des Mondes nicht mehr weit entfernt ist, da die wissenschaftliche Forschung weiterhin die Machbarkeit der Erschließung des Weltraums beweist. (Autor: Zhang Kai)