„Wir üben Mond“

Moon Village und eine globale Kooperation

Der Trabant ist eines der wichtigsten Ziele und ein Schwerpunkt der europäischen Raumfahrt. „Der nächste Schritt in der menschlichen Exploration“, erklärt Andreas Diekmann, Projektleiter der ESA für Strategic Planning und Future Development. Den Anstoß dazu gab Prof. Johann-Dietrich Wörner, Generaldirektor der ESA, mit seiner Vision vom „Moon Village“. In einem Dorf auf dem Mond, so die Idee, sollen Astronauten leben und forschen und neue Erkundungsmöglichkeiten des Weltraums erschließen. ESA und DLR entwickelten daraufhin gemeinsam die LUNA-Anlage. Johann-Dietrich Wörner hält es für besonders wichtig, „auf der Erde eine möglichst intensive Vorbereitung durchzuführen, nachdem der Mond endlich weltweit an Interesse für zukünftige Missionen gewonnen hat“, sagt er. Dabei gelte nicht „back to the Moon“, sondern „forward to the Moon“. „Nicht der Wettlauf im All steht im Mittelpunkt, sondern die globale Kooperation“, betont er. Hier könne das LUNA Projekt helfen, Astronauten verschiedener Länder gemeinsam zu trainieren.

Vorbild ISS-Trainingshalle

Eine Glasfront gibt den Blick frei auf eine riesige Halle, in der originalgetreue Nachbauten des Columbus Moduls und der europäischen Anteile der Internationalen Raumstation ISS stehen. In diesem Bereich des Astronautenzentrums (EAC) erleben und erlernen Raumfahrer während ihrer Ausbildung hautnah die Details zum technischen Aufbau der ISS und der wissenschaftlichen Experimente. Die Halle ist Vorbild für das geplante Mond-Projekt. „So ähnlich wird die LUNA-Anlage aussehen, nur mit Sand auf dem Boden“, erläutert Matthias Maurer. Der 48-Jährige ist LUNA-Projektleiter. Er und sein rund zehnköpfiges Team kümmern sich um die Interessen künftiger Nutzer sowie die Inneneinrichtung und Ausstattung der Anlage. Der promovierte Materialwissenschaftler gehört seit September 2015 dem Europäischen Astronautenkorps an. Maurer wird innerhalb der nächsten Jahre zur ISS fliegen, „aber hoffentlich auch einmal zum Mond“, sagt er. In Köln hilft er derweil dabei, eine authentische Trainingsumgebung zu schaffen, damit sich Astronauten auf diese kommenden Missionen vorbereiten können. „Wir üben Mond“, nennt er das.

Der Mond als Geschichtsbuch

Doch warum ist der Erdtrabant so wichtig für Raumfahrt und Wissenschaft? „Der Mond ist unser Geschichtsbuch“, sagt Matthias Maurer. Die Erde hat sich in den zurückliegenden Jahrmillionen verändert, der Mond jedoch nicht. „Er hilft uns, die Entstehungsgeschichte der Erde und des Sonnensystems zu verstehen.“ So ist die Topografie des Mondes wichtig für die Altersbestimmung anderer Himmelskörper oder Planeten, die ebenfalls Krater und Einschlagspuren aufweisen. „Je mehr Krater umso älter“, bringt Maurer es auf eine kurze Formel. Gesteinsproben vom Mond können bei der Alterskartierung des Universums helfen, etwa der Frage, wie alt Mars und Venus sind. Die Mondmissionen der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA haben zwar Gesteinsproben auf die Erde zurückgebracht, „doch die stammen von wenigen Bereichen und reichen nicht aus“, sagt der Material-wissenschaftler. Künftige europäische Mondmissionen sollen helfen, „den Mond zu lesen“.

Schwerelos hüpfen

Dafür müssen künftige Mondfahrer jedoch erst lernen, sich in der lebensfeindlichen Umgebung zurechtzufinden. Das fängt schon bei der Fortbewegung an. Die Schwerelosigkeit lässt sich auf der Erde nur wenige Sekunden lang bei Parabelflügen nachempfinden oder bei Tauchgängen unter Wasser. Für das LUNA-Projekt haben sich die ESA-Wissenschaftler jedoch etwas anderes einfallen lassen: Die Astronauten werden in der Halle an Seilen hängen, die ihr Gewicht um 5/6 entlasten, ohne dass sie dabei den Kontakt zum Mondboden verlieren. Dadurch lässt sich, wie in der Schwerlosigkeit im All, das Körpergewicht auf rund ein Sechstel reduzieren, da dies den Mondbedingungen entspricht. „Auf dem Mond wiege ich nur noch 12,5 Kilogramm“, erklärt Matthias Maurer. Die ersten Menschen auf dem Mond, Neil Armstrong und Buzz Aldrin, bewegten sich hüpfend auf der Oberfläche fort. „Hüpfen ist bei der reduzierten Schwerkraft eine effiziente Art sich fortzubewegen. Darüber hinaus ist Springen ein gutes Mittel, um fit zu bleiben und dem Muskel- und Knochenabbau in der reduzierten Schwerkraft entgegen zu wirken“, weiß er. Wie lange und stark dieses Springen jedoch sein sollte, auch darum wird es im LUNA-Projekt gehen.

Problem und Chance zugleich

Eine große Herausforderung wird der graue Sandstaub sein, der die Mondoberfläche bedeckt. Er enthält Siliziumpartikel mit Eisen-, Calcium- und Aluminiumanteilen und ist auf dem Mond infolge unendlich vieler Einschläge von Mikrometeoriten in seiner 4,5 Milliarden Jahre langen Geschichte sowohl sehr feinkörnig gemahlen als auch extrem scharfkantig. Schon nach kürzester Zeit beschädigt er Raumanzüge, Ausrüstung, setzt sich in Dichtungen und Getriebe technischer Geräte. Das haben schon die Apollo-Raumfahrer zu spüren bekommen, aber auch die Chinesen, deren Rover „Jadehase“ nach wenigen Tagen deswegen den Betrieb einstellte. „Dieser Sand wird auch unser Problem sein“, sagt Projektleiter Maurer. Die LUNA-Anlage wird daher mit Mondstaubersatz aus Vulkanpulver ausgelegt werden, das 45 Millionen Jahre alt ist und von Vulkaneruptionen aus der nahen Eifel stammt. Dieses Material ist dem Mondstaub sehr ähnlich und ideal für Trainings- und Vorbereitungszwecke auf der Erde.

Doch der Sand auf dem Mond birgt nicht nur Probleme, sondern auch Chancen. „Aus ihm lassen sich beispielsweise Bausteine für eine Mondstation bauen“, betont Matthias Maurer. Schwere Baumaterialien auf den Mond zu schaffen, ist zu teuer. Eine Lösung vor Ort könnte die Nutzung des Mondstaubes sein. Denkbar wäre, in einem Verfahren ähnlich dem 3D-Drucken, aus dem Sand Bausteine zu brennen bzw. zu sintern – mit Hilfe großer Spiegel, die Sonnenstrahlen bündeln und wie in einem Backofen Temperaturen von über 2000 Grad erzeugen. Ein Forschungsprojekt des DLR befasst sich bereits damit.

Energiegewinnung vor Ort

Der Mondstaub hat jedoch noch einen weiteren für die Mission interessanten Inhalt: Er  enthält viel Sauerstoff. Extrahiert kann er für die Luftversorgung einer Mondstation genutzt werden. Zusammen mit Wasserstoff wird daraus jedoch auch lebensnotwendiges Wasser oder sogar Raketentreibstoff, erklärt der LUNA-Projektleiter.

Für die Besiedelung und Ressourcen-Nutzung des Mondes werden künftige Raumfahrer vor allem Solarenergie benötigen. Denn Sonne gibt es neben Staub ebenfalls im Überfluss - jedenfalls während eines Mondtages, der auf dem Trabanten ungefähr 29 Erdtage währt. Energiegewinnung über Photovoltaik- und Brennstoffzellen-Technik, betont Matthias Maurer,  werden wichtige Forschungsfragen und Bestandteile des Projektes sein. Wie schon ESA-Generaldirektor Wörner lädt auch er zu einer internationalen Kooperation ein: „LUNA soll eine Plattform für alle sein, die sich an der Mondforschung beteiligen wollen“.

Auftanken auf dem Mond

Neben der Besiedelung des Mondes ist die wissenschaftliche Nutzung das Ziel. So könnte der geplante Außenposten der Menschen zu einer Art Tankstelle oder Zwischenstation für Raumfahrzeuge werden, die auf ihrem Weg ins All neuen Treibstoff brauchen. Die erdabgewandte Seite könnte zu einer Plattform für Radioteleskope werden, die ins Universum horchen. „Auf dem Mond können wir Frequenzen empfangen, die auf der Erde nicht ankommen, da sie von der Erdatmosphäre geschluckt werden“, so Maurer.

Was heute noch wie Science Fiction klingt, kann also schon in wenigen Jahren Wirklichkeit werden. Dabei hilft beispielsweise auch die Initiative „Spaceship EAC“, ein Netzwerk von Universitäten und Forschungseinrichtungen, Studierenden und Trainees europaweit, die sich mit ungewöhnlichen Ideen, technischen Innovationen, Anwendungen oder Projekten einbringen. Rund 30 Studenten sitzen in einem eigenen Büro im EAC in Köln und unterstützen – neben anderen Themenfeldern – auch die Mondforschung der ESA.

Lanzarote als Trainingsort

Ein paar Jahre müssen noch überbrückt werden, bis die LUNA-Anlage fertiggestellt ist. Solange testen Matthias Maurer und das Team um seine Kollegin Loredana Bessone aus der EAC- Trainingsabteilung Geräte und Anwendungen auf Lanzarote. Der schwarze Lavasand der kanarischen Insel bietet ebenfalls gute Bedingungen für geologische und technologische Testläufe mit der Ausrüstung.