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Achten Sie auf herumfliegenden Mondstaub

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In Cape Canaveral, nicht weit entfernt von der Startbahn der Shuttles, gibt es ein ausgefranstes Loch in einem Maschendrahtzaun. Es ist eine Nachricht: Achten Sie auf herumfliegende Felsbrocken.

"Der gewaltige Abgasstrahl der Feststoffraketen des Shuttles schlägt Beton aus den Auffanggruben unterhalb der Motoren heraus”, erklärt der Physiker Phil Metzger vom Kennedy Space Center (KSC). "Bei einigen Starts werden Betonteile von einem halben Meter Durchmesser bis zu einen halben Kilometer weit geschleudert. Sie sind dabei schnell genug, Beleuchtungsmasten aus Beton zu zerschlagen, oder durch Maschendrahtzäune zu fliegen”.

Das ist kein Problem, solange Menschen und Material weit genug entfernt bleiben, was einfach ist. Metzger fragt sich aber was wäre, wenn dies auf dem Mond passieren würde?

Die NASA kehrt innerhalb der nächsten 10 Jahre zurück zum Mond und plant, einen dauerhaften Außenposten dort zu errichten. Es wird Habitate, Rover, Versorgungslager und Bergbauausrüstung dort geben. Schiffe werden kommen und gehen, landen und starten – und Geröll aufwirbeln, das vielleicht wesentlich weiter fliegen wird als die Felsbrocken in Cape Canaveral. Metzger untersucht dieses Problem als Teil seiner Arbeit am KSC Granular Mechanics and Surface Systems Lab.

"Felsbrocken sind kein Problem”, sagt er. Mondraketen sind weniger schwer als das Space Shuttle und benötigen keinen so starken Schub, um die Mondoberfläche zu verlassen. Filme, die von sechs Apollo Raumschiffen gemacht wurden, zeigen, dass nichts, das größer ist als Schotter, bei Start und Landung durch die Antriebsgase aufgewirbelt wurde.

Metzger macht sich wirkliche Sorgen über den ganz kleinen Kram – “Mondstaub”.

Hier auf der Erde kümmert sich niemand um Staub oder Sand, der bei einem Raketenstart aufgewirbelt wird, weil “die Atmosphäre die leichten Teilchen schnell abbremst, so dass sie ein paar Meter weiter harmlos auf den Boden zurück fallen”, erklärt er. Aber auf dem Mond? „Es gibt dort keine Atmosphäre, welche die winzigen Teilchen abbremsen könnte“. Kleine Teilchen können enorme Distanzen mit hoher Geschwindigkeit zurücklegen und alles in ihrem Weg abscheuern.

Dies ist nicht nur theoretisch so. Im November 1969 landete das Apollo 12 Lunar Modul (LM, ausgesprochen „lem“) etwa 200 Meter von Surveyor 3, einer Roboter-Sonde die im April 1967 auf dem Mond landete, entfernt. Die Astronauten liefen hinüber zu Surveyor 3 um sie zu fotografieren und einige Teile zur Erde zurück zu bringen. Sofort bemerkten sie, dass sich der größte Teil von Surveyor 3, die bei ihrem Abflug vollständig weiß war, sich weg zu einem Braun verdunkelt hatte – Ergebnis von 2,5 Jahren in der extremen Umgebung des Mondes.

Die Seite in Richtung LM war jedoch wieder weiß. Tatsächlich „hinterließ jede Schraube, jedes Kabel und jeder Bremsklotz, alles was den feinen Strahl von Apollo 12 blockierte, einen geätzten permanenten Schatten auf Surveyor“, sagt Metger. Durch Untersuchung der mitgebrachten Teile berechneten Wissenschaftler später, dass dies hauptsächlich von den kleinsten Staubteilchen herrührte, die einen Durchmesser von nur 1 bis 10 Mikrometer hatten.

Die abgescheuerte Oberfläche war auch übersät mit hunderten mikroskopisch kleiner Einschlagskrater, die einen Durchmesser von 30 bis 60 Mikrometer hatten, und durch ähnlich große Teilchen verursacht wurden, die mit hohen Geschwindigkeiten reisten. Des Weiteren hat sich der feine Staub in winzigen Rissen und Spalten festgesetzt, inklusive der Kamera von Surveyor.

Dieser Beweis beunruhigt Metzger. Denn: Schnelle Staubteilchen reiben in einem zukünftigen Außenposten auf dem Mond die Beschichtung der thermischen Abdeckungen ab. Die Oberfläche von Fenstern und Optiken werden aufgeraut, die Oberflächen von Solarfeldern angegriffen. Verbindungen oder andere Mechanismen bei Maschinen oder Raumanzügen könnten durchdrungen werden, was zu Reibung und mechanischen Ausfällen führen kann.

Warum dann nicht einfach so weit entfernt landen, dass Sand und Staub kein Problem mehr darstellen?

Antwort: Man kann rennen, sich aber nicht verstecken. Staubteilchen, die durch den Antrieb einer Rakete beschleunigt wurden, können theoretisch einmal um den Mond herumfliegen!

Metzgers Team hat analysiert, wie sich die Einschlagskrater auf Surveyor 3 bildeten und herausgefunden, dass die Teilchen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 400 bis 1.000 Metern pro Sekunde geflogen sein müssen. „Sie flogen vielleicht sogar genauso schnell wie der Abgasstrahl der Mondlandefähre – was ein oder zwei Kilometer pro Sekunde sind“.

Teilchen, die horizontal mit 1,7 Kilometern pro Sekunde fliegen, reisen buchstäblich halb um den Mond herum. Erhöhen Sie diese Geschwindigkeit auf zwei Kilometer pro Sekunde, und die Projektile können den Mond vollständig umrunden. Wenn kein Berg im Weg steht, könnte Staub, der durch landende Mondfähren aufgewirbelt wird, um den gesamten Mond schwirren „und wieder zu Füßen der Rakete landen“, sagt Metzger.

Derzeit hilft Metzger anderen NASA Technikern dabei herauszufinden, wie man die Effekte von Landungen und Starts auf dem Mond abschwächen könnte. Eine Möglichkeit könnte es sein, Raumhäfen dort zu bauen, wo es Berge und Hügel als natürliche Staubbarrieren gibt. Künstliche Böschungen oder andere geniale Strukturen könnten ebenfalls eine Lösung sein.

“Wir arbeiten daran”, sagt Metzger.

Quelle: Science(at)NASA

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