Der Erdmond und die Mondmissionen

[Enas Yorl]

Aber es illustriert Probleme, die man bei der Planung berücksichtigen und ausschließen müsste.

Man kann sicher aus Biosphare2 eine Menge lernen wenn es um künstliche Habitate geht. Aber die Aufgabenstellung unterscheidet sich doch sehr. Biosphare2 ist vom Konzept her viel zu komplex und empfindlich, um für Habitate im Weltraum nützlich zu sein. Hier braucht man wesentlich einfachere und stabilere Prozesse.
Pflanzen sind im Vergleich zum Sabatier-Verfahren oder dem Bosch-Prozeß ziemlich ineffizient, wenn es um die Sauerstoffproduktion geht. Für die Raumfahrt kann ein Biotop wichtig zur zusätzlichen Nahrungsversorgung sein, oder zur Erholung der Crew. Aber die Lebenserhaltung wird man nicht einem Biotop überlassen, sondern entsprechenden technischen Anlagen. Nahrungsmittel (z.B. Algen oder Garnelen) wird man in geschlossenen Systemen züchten, deren Klima technisch reguliert wird, und nicht in einem offenen Biotop.

[Liopleurodon]

Biosphare2 ist eine schlechte Vorlage für ein künstliches Biotop im Weltraum. Bei diesen Projekt hat man versucht die Biosphäre der Erde mit möglichst wenigen technischen Einflüssen zu simulieren. Eine Vorgabe die für ein Biotop auf den Mond nicht gelten würde.

Aber es illustriert Probleme, die man bei der Planung berücksichtigen und ausschließen müsste.

[Enas Yorl]

Selbst wenn sie ihr Wasser aus lokalen Rohstoffen gewinnen könnten, so wäre auch eine Mondkolonie auf Nachschub an Stickstoff in Form von Nitratdünger angewiesen.

Tatsächlich enthält das Regolith auf dem Mond nennenswerte Anteile von Stickstoff. Bei einer Helium-3 Gewinnung auf den Mond, würde dieser Stickstoff ohnehin anfallen.

Eines der Probleme bei Biosphere 2 war meines Wissens nach, dass der verwendete Beton Sauerstoff absorbierte. Nicht nur gingen deswegen die Bestäuberinsekten ein und die Eigenproduktion geriet ins Wanken, es mussten dann auch am Ende die Schleusen geöffnet werden, damit die Menschen nicht erstickten. Gegen solche Querreaktionen müsste man sich natürlich absichern.

Biosphare2 ist eine schlechte Vorlage für ein künstliches Biotop im Weltraum. Bei diesen Projekt hat man versucht die Biosphäre der Erde mit möglichst wenigen technischen Einflüssen zu simulieren. Eine Vorgabe die für ein Biotop auf den Mond nicht gelten würde.

[Liopleurodon]

ein problem wäre - so war es auch beim projekt biossphäre 2 - das man größe flächen benötigt für ein ökosystem, sprich pflanzen. irgendwie muss man ja auch nahrung anbauen. und sauerstoff liefern diese auch ein wenig. nur reicht da eine kleine verseuchung aus um das ganze system z.b. zugrundegehen zu lassen.
eine sterile umgebung würde aber wohl nicht funktionieren, daher man benötigt kleinslebewesen damits funktioniert - oder nicht ?
ich denke eine mondkolonie ist immer ein stückweit von irgendwas abhängig.

Selbst wenn sie ihr Wasser aus lokalen Rohstoffen gewinnen könnten, so wäre auch eine Mondkolonie auf Nachschub an Stickstoff in Form von Nitratdünger angewiesen. Und natürlich technische Geräte, Kleidung etc.

Eines der Probleme bei Biosphere 2 war meines Wissens nach, dass der verwendete Beton Sauerstoff absorbierte. Nicht nur gingen deswegen die Bestäuberinsekten ein und die Eigenproduktion geriet ins Wanken, es mussten dann auch am Ende die Schleusen geöffnet werden, damit die Menschen nicht erstickten. Gegen solche Querreaktionen müsste man sich natürlich absichern.

was andere planeten betrifft, wenn man jetzt die gesammte oberfläche unter künstliche kuppeln stellt ( z.b ein planet mit ungeeigneter atmossphäre ) und dort pflanzen anbaut und gelegentlich diese kuppeln ein wenig öffnen würde, könnte man so einen planeten terraformen ?
unter den kuppeln müsste sich halt viel raum für eine sich bildende atmosphäre befinden, welche man in großen schüben dann immer wieder zum teil abläst.
villeicht könnte man kuppeln dann ganz entfernen einestages ?

Das wäre viel zu langsam. Zielführender wäre es, außerhalb der Kuppeln Pflanzen anzusiedeln, die nicht nur Sauerstoff freisetzen, sondern auch Humus erzeugen. Ein Terraforming würde scheitern, wenn der Planet weiterhin eine komplette Wüste bleibt.

Zur ökonomischen Basis einer Mondkolonie könnte übrigens auch eine eigene Orbitalstation sein, an welcher sich interplanetare Raumschiffe mit Treibstoff und anderen Verbrauchsgütern versorgen können. Reisen zu den Planeten sind nämlich energetisch am günstigsten, wenn man von der Mondumlaufbahn aus startet. Die Schiffe brauchen dann weniger Treibstoff und könnten mit kleineren Tanks auskommen.

[Enas Yorl]

Bei Vakuumtechnik ist es sehr schwierig, ein optimales System zu erhalten. Es gibt viele Fehlerquellen.
So ziemlich alle resultieren in langen Pumpzeiten.

Weshalb ein derart optimiertes Pumpensystem für eine Mondstation nicht allzu praktikabel ist. Das letzte was man dort braucht, sind Schleusen deren Pumpensystem man ständig warten muss. Technisch möglich und im Alltagsbetrieb praktikabel, ist leider nicht das gleiche.
Das übertriebene sparen von Restatmosphäre beim Ausschleusen ist den Aufwand ohnehin nicht wert. So eine bemannte Mondstation macht überhaupt nur Sinn, wenn man in der Lage ist vor Ort Wasser und andere Rohstoffe zu gewinnen. Dabei würden ohnehin Sauerstoff und andere Gase anfallen, da kann man sich den Atmosphärenverlust durch Restleckage und Ausschleusen locker leisten.

[Wolf4310]

In Industrie und Wissenschaft sind Dichtungen aus weichen Metallen (v.a. Cu, Al, z.T. auch Gold) bei höheren Vakua normal. Das sind aber Einwegdichtungen (Ringe) , die durch eine scharfe Kante im Flansch geprägt werden. Also nichts für etwas, das häufig auf und zu gemacht wird.

Es gibt auch "metallische" Dichtungen ohne Dichtscheibe aus weichem Metall.
Ich komme gerade nicht auf den Namen dafür, jedenfalls sind beide Dichtflächen dabei spiegelblank und so eben das nachdem beide Flächen aufeinandergeschoben wurden dazwischen kein Platz mehr für Luft ist

[xanrof]

Da ist von einem russischen Ingenieur mal eine "Dichtung" auf Metallbasis, ähnlich der Glasschliff- Dichtung an chemischen Gerät vorgestellt worden.

In Industrie und Wissenschaft sind Dichtungen aus weichen Metallen (v.a. Cu, Al, z.T. auch Gold) bei höheren Vakua normal. Das sind aber Einwegdichtungen (Ringe) , die durch eine scharfe Kante im Flansch geprägt werden. Also nichts für etwas, das häufig auf und zu gemacht wird.

Wie das bei einer Personenschleuse funktionieren soll, kann ich mir jetzt nicht vorstellen. Besonders mit Staub als Schleifmittel, da selbst kleinste Kratzer Gasmoleküle durchlassen.

Bei Schleusen wäre das aber auch nicht nötig. Wie ich oben schon schrieb, kann man einen Schleusenvorgang schon bei einem Feinvakuum viele tausend bis zehntausend Male betätigen, bis sich der Verlust an Atemluft auf 1-2 Kubikmeter addiert.

Bei einer kleineren Station dürfte das viele Monate oder gar für einige Jahre ausreichend sein.
Und eine größere Station wird ganz sicher entsprechende Luftmengen auf Vorrat haben oder produzieren können, damit die Verlustmenge vernachlässigbar bleibt.


- - - Aktualisiert - - -

Bis auf c, d kann alles ausgeschlossen werden, d eigentlich auch, da alles vor den Versuchen mit Aceton oder Essigester gereinigt wurde und den Leuten die das Vakuum brauchten, meines Wissens nach, bekannt war das selbst ein Fingerabdruck das evakuieren erheblich verlängert.
Was die Professoren da genau gemacht haben, keine Ahnung.
Wir in der Werkstatt hatten mit den Versuchen nur indirekt zu tun, unter anderem halt die Wartung und Reparatur der Vakuumpumpen.

Es kann natürlich sein, daß an der eigentlichen Vakuumkammer später noch eine Menge externes Equipment dranhing, zB Röhren und weitere kleinere Kammern, Meßsonden, mechanische und elektrische Durchführungen, Schleusen, uvm. Das erhöht das Volumen und vor allem die innere Oberflache und damit die Pumpzeit dramatisch.

Und bist du sicher, daß das gewünschte Endvakuum ''nur'' bei 10^-4 bar lag (und nicht 10^-4 mbar oder Pascal)? Aber ok, wenn du sagst, daß nur eine Drehschieberpumpe verwendet wurde, dann scheint das zu stimmen.
Es kann auch sein, daß man (obwohl das gewünschte Vakuum gering ist) die Pumpe trotzdem sehr lange laufen läßt, bis der eigentliche Versuch startet. Man will sicher gehen, daß von den Kammerwänden zuvor absorbiertes Gas wieder abgegeben wurde und sich ein stabiles Gleichgewicht zwischen Leckage (Gaseintritt, den es immer gibt) und Auspumpen einstellt. (Die Pumpe muss übrigens immer laufen. Wenn man sie abstellt, dann geht der Druck schnell wieder nach oben, eben wegen der stets vorhandenen Lecks)

[Wolf4310]

Dann hattet ihr
(a) zu kleine Pumpen für dieses Volumen -und/oder-
(b) schlecht gewartete Pumpen (zugeölt oder kaputte Dichtungen) -und/oder-
(c) ein Vakuumsystem mit viel innerer oder rauher Oberfläche -und/oder-
(d) ein schmutziges, feuchtes, öliges und/oder fettiges Vakuumsystem -und/oder-
(e) irgendwo ein Leck

Bei Vakuumtechnik ist es sehr schwierig, ein optimales System zu erhalten. Es gibt viele Fehlerquellen.
So ziemlich alle resultieren in langen Pumpzeiten.

Was habt ihr den mit dem Vakuumsystem gemacht?

Bis auf c, d kann alles ausgeschlossen werden, d eigentlich auch, da alles vor den Versuchen mit Aceton oder Essigester gereinigt wurde und den Leuten die das Vakuum brauchten, meines Wissens nach, bekannt war das selbst ein Fingerabdruck das evakuieren erheblich verlängert.
Was die Professoren da genau gemacht haben, keine Ahnung.
Wir in der Werkstatt hatten mit den Versuchen nur indirekt zu tun, unter anderem halt die Wartung und Reparatur der Vakuumpumpen.

[Prix]

Und deswegen (@Prix) wird man tatsächlich irgendeine Form von Reinigung haben müssen, was natürlich bei einem Mangel an Gasen (Atemluft) auf dem Mond ein Problem ist.
So gesehen, hätte man es auf dem Mars einfacher, da man schlicht gut gefilterte ''Marsluft'' zum Ausblasen der Schleusen verwenden könnte.

Das habe ich nie bezweifelt(die Probleme mit dem Staub). Aber skurrile Ideen gab es da ja schon.
Ich hab mal in den Ideen "nachgeschlagen" zum Thema Dichtung.
Da ist von einem russischen Ingenieur mal eine "Dichtung" auf Metallbasis, ähnlich der Glasschliff- Dichtung an chemischen Gerät vorgestellt worden.
Das ging aber nur bei dreh runden Verschlüssen.
Der (Mond-) Staub sollte dabei, als "Feinschleifmittel" sogar "nützlich" gewesen sein.
Dabei wird es ja immer darauf hinauslaufen, welchen Aufwand betrieben wird um "Luft" bereitzustellen.
Einfliegen von der Erde, als Flüssigkeit, ist wohl nicht so optimal.
mfg

Prix

[xanrof]

Also in meiner Lehre (Feinmechaniker im Institut für physikalische Chemie) liefen die Drehschieberpumpen mehrere Tage um ein Volumen von ca 20-30L auf 10^-4 Bar zu evakuieren

Dann hattet ihr
(a) zu kleine Pumpen für dieses Volumen -und/oder-
(b) schlecht gewartete Pumpen (zugeölt oder kaputte Dichtungen) -und/oder-
(c) ein Vakuumsystem mit viel innerer oder rauher Oberfläche -und/oder-
(d) ein schmutziges, feuchtes, öliges und/oder fettiges Vakuumsystem -und/oder-
(e) irgendwo ein Leck

Bei Vakuumtechnik ist es sehr schwierig, ein optimales System zu erhalten. Es gibt viele Fehlerquellen.
So ziemlich alle resultieren in langen Pumpzeiten.

Was habt ihr den mit dem Vakuumsystem gemacht?



- - - Aktualisiert - - -

Das wäre dann ja eine Wasserquelle, die man neben den Eisvorkommen nutzen könnte.

Genau.

Den Mondstaub sehe ich dabei als großes Problem an. Nach Aussage einiger Apollo-Astronauten soll er sehr fein und damit gut durchdringungsfähig und noch dazu chemisch aggressiv sein.

Ja, der Mondstaub ist definitiv eines der größten Probleme. Er ist extrem fein, hat ein rauhe, scharfkantige Oberfläche und haftet elektrostatisch überall an. Die scharfen Kanten sind (neben Impaktfolgen) vor allem ein Ergebnis des Auftreffens von Sonnenwind-Teilchen, die langsam, aber sehr stetig einzelne Atome absputtern.

Durch die scharfen Kanten wären die Staubteilchen auch eine Gefahr für empfindliche Oberflächen (Gummidichtungen, Glasfenster), und nicht zuletzt für die Lungen der Astronauten (falls die Teilchen ins Innere der Station gelängen)

Und deswegen (@Prix) wird man tatsächlich irgendeine Form von Reinigung haben müssen, was natürlich bei einem Mangel an Gasen (Atemluft) auf dem Mond ein Problem ist.
So gesehen, hätte man es auf dem Mars einfacher, da man schlicht gut gefilterte ''Marsluft'' zum Ausblasen der Schleusen verwenden könnte.

[Liopleurodon]

Ja. Wasser, als OH-Gruppen eingebaut in andere Mineralphasen, kommt sicher vor. Das wurde durch zahlreiche unabängige Messungen bestätigt. Streitig ist noch die Menge bzw. die Konzentration. Zur Zeit werden Wasserkonzentrationen von 10-1000 ppm geschätzt.

Das wäre dann ja eine Wasserquelle, die man neben den Eisvorkommen nutzen könnte.

Und wenn man die Kammern bei Nichtgebrauch stets unter Vakuum hält, hat man auch dann keinen Verlust, wenn die Dichtungen brüchig werden sollten oder wenn Mondstaub die Schleusen undicht werden läßt. (Regelmäßige Reinigungen werden da unerläßlich sein)

Den Mondstaub sehe ich dabei als großes Problem an. Nach Aussage einiger Apollo-Astronauten soll er sehr fein und damit gut durchdringungsfähig und noch dazu chemisch aggressiv sein.

[Prix]

Hier mal aus einem Roman der 60ger Jahre, und aus dem Gedächtnis zum Thema "Schleuse".

Da hatte man(n) das Problem der Schleusen ganz "pragmatisch" gelöst.
Es stand wohl "Atmosphäre" uneingeschränkt zur Verfügung, oder wurde erzeugt?
Größere Schleusen wurden nur teilevakuiert, die Restatmosphäre durch Ventile ins Vakuum abgelassen, und damit gleichzeitig der "Dreck" - wahrscheinlich Staub - beseitigt.
Bei (Not-) oder wie sie im Roman beschrieben werden, "Mann"- Schleusen verzichtet man(n) in Gänze auf eine Evakuierung.

Der Reinigungsprozess (vom Staub) wurde ganz einfach gelöst.
Die einzuschleusenden Dinge/Fahrzeuge wurden "einfach", ähnlich der ersten Düsenreihe an Autowaschanlagen, mit "Luft" "abgesprüht".

Erklärung im Roman : Ist Billiger, nicht so aufwendig, sicherer, geht schneller(da div. Male am "Tag"geschleust wurde).

mfg

Prix

[Wolf4310]

(a) Eine einfach Vakuum-Primärpumpe (zB Membran oder Drehschieber) kann eine Schleusenkammer (zB 1x1x2 Meter = 2 Kubikmeter) in Minuten auf < 10^-4 bar evakuieren.

Also in meiner Lehre (Feinmechaniker im Institut für physikalische Chemie) liefen die Drehschieberpumpen mehrere Tage um ein Volumen von ca 20-30L auf 10^-4 Bar zu evakuieren

[xanrof]

Sind die auf dem Mond denn vorhanden? Ist das sicher?

Ja. Wasser, als OH-Gruppen eingebaut in andere Mineralphasen, kommt sicher vor. Das wurde durch zahlreiche unabängige Messungen bestätigt. Streitig ist noch die Menge bzw. die Konzentration. Zur Zeit werden Wasserkonzentrationen von 10-1000 ppm geschätzt.
(Flüssiges Wasser würde sofort verdampfen, und der Wasserdampf würde durch den Sonnenwind sofort gespalten)

Besonders die Lunar Reconnaisance Orbiter-Mission hat gigantischen Datenmengen geliefert:

The Lyman-Alpha Mapping Project, which collects information to help identify surface water-ice deposits, especially in permanently-shadowed regions of the moon, also has new data. This release includes new maps of far-ultraviolet (FUV) brightness, albedo and water-ice data as well as instrument exposure, illumination and other conditions.

NASA - NASA Lunar Reconnaissance Orbiter Delivers Treasure Trove of Data

Das meiste Eis dürfte in Kraterschatten liegen. Hinweise deuten auf eine unregelmäßige Verbreitung von bis zu 10 cm dicken Vorkommen hin, die Gesamtmenge wird zur Zeit auf 600 Millionen Tonnen geschätzt.

https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_water

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Mal was zur "Restgasmenge".
Ich glaub mal was gelesen zu haben, das die "Restmenge" auch noch durch chemische Bindung minimieren werden kann.
Der Vorgang war, soweit ich mich erinnere, umkehrbar und beliebig wiederholbar, aber teuer!
Nur, ob es nötig ist?

Ja, die Möglichkeit gibt es, und nein, nötig wird das wohl nicht sein.
Ich denke, es ist umständlicher, die Gase wieder von dem Absorber zu trennen - anstatt einfach zusätzliche Pumpen (sog. Turbomolekularpumpen) zu verwenden, die die Schleusenkammern auf 10^-6 bis 10^-9 bar evakuieren.

Und wenn man die Kammern bei Nichtgebrauch stets unter Vakuum hält, hat man auch dann keinen Verlust, wenn die Dichtungen brüchig werden sollten oder wenn Mondstaub die Schleusen undicht werden läßt. (Regelmäßige Reinigungen werden da unerläßlich sein)

[Bakkad Baran]

ein problem wäre - so war es auch beim projekt biossphäre 2 - das man größe flächen benötigt für ein ökosystem, sprich pflanzen. irgendwie muss man ja auch nahrung anbauen. und sauerstoff liefern diese auch ein wenig. nur reicht da eine kleine verseuchung aus um das ganze system z.b. zugrundegehen zu lassen.
eine sterile umgebung würde aber wohl nicht funktionieren, daher man benötigt kleinslebewesen damits funktioniert - oder nicht ?
ich denke eine mondkolonie ist immer ein stückweit von irgendwas abhängig.


was andere planeten betrifft, wenn man jetzt die gesammte oberfläche unter künstliche kuppeln stellt ( z.b ein planet mit ungeeigneter atmossphäre ) und dort pflanzen anbaut und gelegentlich diese kuppeln ein wenig öffnen würde, könnte man so einen planeten terraformen ?
unter den kuppeln müsste sich halt viel raum für eine sich bildende atmosphäre befinden, welche man in großen schüben dann immer wieder zum teil abläst.
villeicht könnte man kuppeln dann ganz entfernen einestages ?