8. November 2023
Mondwasser zum Trinken und für Raketentreibstoff
Im Projekt LUWEX forscht das DLR zusammen mit anderen europäischen Beteiligten an Technologien zur Gewinnung von gereinigtem Wasser aus Mondgestein.
LUWEX
LUWEX project
,,Wasser ist die treibende Kraft der gesamten Natur",
sagte Leonardo da Vinci. Wasser ist bei weitem die vielseitigste und am meisten benötigte Ressource für die Erforschung des Weltraums durch den Menschen. Es ist der wichtigste Rohstoff in Lebenserhaltungssystemen sowie für kryogene chemische Raketentreibstoffe.
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Ziel des Projekts ist die Entwicklung, Integration und Validierung von Technologien zur Gewinnung und Reinigung von Mondwasser für die In-situ-Produktion von Treibstoffen und Verbrauchsmaterialien für die künftige Erforschung des Weltraums. LUWEX (Validation of Lunar Water Extraction and Purification Technologies for In-Situ Propellant and Consumables Production) wird die Forschung und Entwicklung im Bereich der In-Situ-Ressourcennutzung vorantreiben und den Stand der Technik voranbringen.
Kontext
Die nachhaltige Erforschung des Weltraums erfordert die Entwicklung von Technologien zur In-Situ-Ressourcennutzung (ISRU). ISRU umfasst alle Prozesse, die lokal verfügbare Ressourcen nutzen, um Produkte zu erzeugen, die für die robotergestützte und menschliche Erkundung verwendet werden können. Zu den lokalen Ressourcen gehören Wasser, flüchtige Stoffe, Metalle, Gestein, Regolith, atmosphärische Bestandteile, aber auch Abfallprodukte wie menschlicher Müll und ausrangierte Hardwarekomponenten. Wenn sie technisch ausgereift und vollständig in Missionsarchitekturen integriert sind, verringern ISRU-Systeme den erforderlichen Nachschub von der Erde erheblich und ermöglichen es der Menschheit, eine dauerhafte Präsenz auf dem Mond, dem Mars und an anderen Orten des Sonnensystems aufzubauen.
Lokale Ressourcen auf dem Mond
Von allen verfügbaren Ressourcen ist Wasser bei weitem die vielseitigste und am meisten benötigte Ressource für die Erforschung des Weltraums.
Wasser kann leicht gelagert und direkt als Verbrauchsmaterial für Astronauten verwendet werden und ist in der Tat die Substanz mit dem höchsten täglichen Bedarf in der bemannten Raumfahrt. Auch der Strahlenschutz für Astronauten kann mit Wasser als strahlungsabsorbierendem Material entworfen werden. Noch wichtiger ist, dass Wasser mit Hilfe der Elektrolyse, einer hochentwickelten Technik, in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden kann.
Verwendungsmöglichkeiten für Wasser und seine Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff
Wasserstoff und Sauerstoff sind, wenn sie verflüssigt sind, eine sehr effektive chemische Treibstoffkombination für Raketen- und Raumfahrtantriebe. Die Verwendung des durch Elektrolyse erzeugten Sauerstoffs zur Versorgung der Astronauten mit Atemgas ist ebenfalls ein bewährtes Verfahren in der bemannten Raumfahrt und wurde bereits in verschiedenen Raumfahrzeugen (z.B. Space Shuttle) eingesetzt. Wasserstoff ist ein hervorragender Reaktant für verschiedene chemische Reaktionen, darunter die Reduktion von Oxidmineralien, die im Mond- und Marsregolith zu finden sind, um z.B. Wasser, Metalle und Siliziumverbindungen zu erzeugen, und die Reaktion von Kohlendioxid (z.B. von Astronauten ausgeatmet oder aus der Marsatmosphäre extrahiert) zu Methan und Wasser in einem Sabatier-Reaktor.
Schließlich können Wasserstoff und Sauerstoff auch in Brennstoffzellen zu Wasser rekombiniert werden, die bei diesem Prozess Strom erzeugen. Die Suche, Gewinnung, Reinigung und Nutzung von Rohwasser an Ort und Stelle wäre daher von großem Nutzen für die nachhaltige Erforschung des Weltraums.
Ansatz
Um das System im Labor zu testen, wird eine Mischung aus Wassereispartikeln und Mondregolith-Simulant den echten Mondsand ersetzen, wie er in einigen Kratern in der Südpolarregion des Mondes zu finden sein soll.
Durch Wärmezufuhr wird das verdampfende Wasser extrahiert und aufgefangen. Nach der Verflüssigung wird das Rohwasser einem Reinigungsprozess unterzogen. Das gereinigte Wasser ist dann bereit für die Verwendung als Treibstoff, zur Energiespeicherung und zur Lebenserhaltung oder für ein Glas Adams Ale vom Mond.
Ziele des Projekts
- Entwicklung von Technologien zur Wasserextraktion, -reinigung und Qualitätsüberwachung für eine In-situ-Rohwasser-Prozesskette.
- Entwicklung und Herstellung eines integrierten Validierungstestaufbaus, um eine geeignete Testumgebung als wesentliche Vorbereitungsmaßnahme für die zukünftige Erforschung des Weltraums zu schaffen.
- Validierung von In-situ-Rohwassertechnologien in einem integrierten Testaufbau in einer Laborumgebung.
- Förderung der europäischen Exzellenz in der Weltraumforschung durch die Entwicklung und Validierung von Spitzentechnologien zur In-situ-Ressourcennutzung.
- Verbesserung der interdisziplinären Zusammenarbeit und Nutzung von Synergien zwischen Industrie, Hochschulen und institutioneller Forschung in Europa.
Zeitleiste der Forschung und Innovation von ISRU-Spitzentechnologien
Exzellente Wissenschaft für die Erforschung des Mondes und Unterstützung der Entwicklung des europäischen Raumfahrtsektors
Erwartete Ergebnisse des vorgeschlagenen Projekts
- Innovative Wassergewinnung und -reinigung auf dem Mond als Beitrag zu einer zukünftigen, von Europa geleiteten Weltraummission zur Erforschung des Mondes.
- Validierung einer ISRU-Wasserprozesskette in einer analogen Umgebung zur Erhöhung des Technology Readiness Levels
- Simulatoren, Daten und Strategien für die Entwicklung von Spitzentechnologie in Europa.
- Förderung von interdisziplinärer und sektorübergreifender Forschung und Innovation für die europäische Weltraumforschung und terrestrische Spin-offs.
Erwartete Wirkungen des vorgeschlagenen Projekts
Kontakt
Dr. Oliver Romberg
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Raumfahrtsysteme
Systemanalyse Raumsegment
Robert-Hooke-Straße 7, 28359 Bremen