Zurück zum Mond

Regen prasselt an die Fensterscheibe der Bäckerei Ruess in Markdorf. Draußen über dem Bodensee zucken Blitze, und die dunklen Wolken hängen tief und satt – Wasser im Überfluss. Wie wertvoll dieses Nass ist, lernte Florian Ruess in den letzten Monaten besonders schätzen. Denn der angehende Bauingenieur plant Gebäude für eine Region, in der es knochentrocken ist und wo der Liter Wasser rund 10 000 Euro kostet. Ruess plant Wohnmodule für den Mond. Zu Hause im heimischen Markdorf ist Florian Ruess gerade dabei, die letzten Korrekturen in seine Diplomarbeit zu tippen – auf Deutsch und Englisch.

„Weder in Deutschland noch sonst irgendwo in Europa habe ich ein Institut gefunden, das eine Diplomarbeit zum Bau von Mondbasen angeboten hätte“, sagt Florian Ruess. „Deshalb bin ich nach dem Bauingenieur-Studium an der Universität Stuttgart in die Vereinigten Staaten zu Haym Benaroya gegangen, der einer der führenden Bauexperten für Mondbasen ist.“

Haym Benaroya, Professor an der Rutgers University in New Jersey, entwickelt seit mehr als zwei Jahrzehnten Modelle und Konzepte für Mondbasen. Florian Ruess hat er als Thema für seine Diplomarbeit die Planung eines Wohnmoduls der zweiten Generation gegeben. Als Ergebnis ist ein tunnelförmiger Halbzylinder aus Aluminium herausgekommen: 10 bis 40 Meter lang, 10 Meter breit und 5 Meter hoch. So viel Kopffreiheit muss sein, denn aufgrund der geringen Gravitation auf dem Mond, die nur ein Sechstel der Erdanziehung beträgt, gehen die Astronauten – im wahren Wortsinn – viel schneller an die Decke als auf der Erde. Im Inneren der Station wird der Ausbau Platz sparend und spartanisch sein: Das Modul ist für drei bis zwölf Astronauten geplant – mit Betten, Essplatz, Küche, Dusche und WC.

„Das Besondere an der Diplomarbeit von Florian Ruess ist, dass er sich darin als Erster mit den strukturellen Prinzipien einer Mondbasis beschäftigt hat“, betont Haym Benaroya. „Dabei entwickelte er nicht nur Konstruktion und Design, sondern er berechnete auch die Statik der Basis und untersuchte unterschiedliche Baumaterialien.“

Was die Statik betrifft, würde die geringere Gravitation auf dem Mond eigentlich eine leichtere Bauweise als auf der Erde erlauben, aber der Faktor Mensch macht diese Rechnung zunichte. Denn was für den Menschen noch wichtiger ist als Wasser, ist die Luft zum Atmen. Und die fehlt bekanntlich auf dem Erdtrabanten, da dessen schwache Anziehungskraft keine Atmosphäre halten kann. So herrscht auf der Mondoberfläche ein Hochvakuum: Aufgrund des fehlenden Außendrucks würde sich die Luft aus dem Körper eines Astronauten sofort verflüchtigen, und noch bevor ihn der Erstickungstod ereilt, wäre er zu einem entstellten Klumpen Fleisch zusammengeschrumpft. Nur ein mit Luft gefüllter Raumanzug oder eine Mondbasis mit künstlicher Atmosphäre schützen den Menschen in der unwirtlichen Mondumgebung. Die Mini-Atmosphäre in der Station muss nicht nur den richtigen Cocktail aus Sauerstoff und Stickstoff besitzen, sondern auch die irdischen Druckverhältnisse widerspiegeln.

„Aus statischer Sicht muss die Konstruktion mindestens diesem Innendruck Stand halten. Besonders stabil und deshalb am besten geeignet sind sphärische oder zylindrische Konstruktionen“, sagt Florian Ruess. „Bei meinem Wohnmodul-Entwurf sorgen zwei konzentrisch aufgebaute Aluminiumschalen im Abstand von 15 Zentimetern für einen stabilen Grundaufbau.“ Dabei genügt es, ein Aluminiumblech zu verwenden, das nur fünf Millimeter stark ist. Kritische Punkte sind jedoch alle Arten von Übergängen – etwa zu anderen Modulen der Mondbasis oder zu den Luftschleusen an den Ausgängen. Hier müssen kompaktere Konstruktionen gebaut werden.

Mit seiner halben „Alu-Dose“ hat Ruess nicht nur in Fachkreisen Begeisterung geerntet, sondern auch bei der NASA für Aufsehen gesorgt. Prompt erhielt er eine Einladung zu einem Vortrag bei einer Konferenz, die im März 2004 in Houston stattfand. „Als ich vor einem Jahr mit meiner Arbeit zu den Mondbasen begann, wurde das von vielen als kuriose Idee belächelt“ , sagt der Student. „Doch nachdem der US-Präsident im Januar die Rückkehr zum Mond angekündigt hatte, standen meine Ergebnisse im Mittelpunkt des Interesses der Mondarchitekten.“

Nach den neuen Raumfahrtplänen von George W. Bush sollen bis 2020 die ersten Basen auf dem Mond gebaut werden. Bereits bis 2008 will die NASA erste Mondsonden mit Robotern starten, die die bemannten Flüge vorbereiten. Der Mond soll einerseits als wissenschaftliche und wirtschaftliche Plattform erobert werden und andererseits als Sprungbrett für weitere interplanetare Missionen und eine Reise zum Mars dienen.

„Die Ankündigung des Präsidenten hat die lunaren Bauingenieure und Architekten schlagartig in ein belebendes Mondfieber versetzt“ , sagt Dr. Wendell Mendell, NASA Lunar Program Manager. „Denn seit Jahrzehnten planen, konstruieren und entwickeln wir Modelle für Mondbasen, bisher allerdings ohne konkreten Bauauftrag.“ Eigentlich hatten die Forscher nach den erfolgreichen Apollo-Missionen damit gerechnet, dass der Mond auch relativ rasch besiedelt wird, doch über 30 Jahre lang passierte nichts. „ Jetzt gibt es wieder einen Funken Hoffnung für unsere Arbeit“, freut sich der NASA-Manager. Doch nicht alle bei der NASA wurden durch Bushs Pläne vom Mondfieber gepackt, einige traf die Ankündigung eher wie ein Blitz aus heiterem Himmel. Denn die US-Raumfahrtbehörde hatte sich in den letzten Jahren verstärkt für die Erforschung des Mars engagiert. So kommt es, dass keine der etwa 80 aktuellen oder geplanten NASA-Missionen den Mond auf dem Programm hat. Der Mars hingegen ist gleich acht Mal mit von der Partie.

Während also für einige bei der NASA die Zukunft auf dem Mond erst beginnt, stecken die lunaren Ingenieure schon mittendrin: Bereits 1997 definierten sie, wie erste Mondbasen aussehen werden. Sie planen, in drei Schritten vorzugehen: Die erste Generation von Mondbehausungen wird komplett auf der Erde gebaut und als fertige Einheit zum Mond gebracht. Die zweite Generation wird in mehreren Bauteilen gefertigt und auf dem Mond wie ein Fertighaus zusammengebaut oder als aufblasbare Konstruktion aufgestellt. Erst bei der dritten Generation bauen die Architekten mit Material, das auf dem Mond gewonnen wird.

Neben dem Fertighaus-Prinzip haben vor allem die aufblasbaren Konstruktionen eine gute Chance, beim Bau von Mondbasen realisiert zu werden. Seit vielen Jahren entwickelt der NASA-Architekt Kriss J. Kennedy solche Wohnmodule, die wie ein Schlauchboot zusammengefaltet werden und sich selbstständig aufpumpen. „Ein Modell für eine aufblasbare Mondstation ist eine horizontale Konstruktion mit zwei Ebenen, von denen jede etwa zweieinhalb Meter hoch ist und eine Grundfläche von 550 Quadratmetern hat“, sagt Kennedy. „Die Hülle besteht aus mehreren Materialien mit durch Vectran verstärktem Gewebe, das in kugelsicheren Westen verwendet wird.“ Der Werkstoff soll auch als Schutz gegen Einschläge von Mikro-Meteoriten dienen. Mit dem robusten und flexiblen Baumaterial lassen sich Mondbasen konstruieren, die zusammengelegt in jede Rakete passen.

Bei der Entwicklung profitieren Kennedy und sein Team vor allem von den Erfahrungen, die sie mit dem aufblasbaren Wohnmodul TransHab gesammelt haben. Eigentlich wollte die NASA diesen 14 Meter hohen und sieben Meter breiten Zylinder an die Internationale Weltraumstation ISS ankoppeln, doch die Weiterentwicklung wurde wegen der hohen Kosten auf Eis gelegt.

„Tests für das TransHab haben ergeben, dass die rund zwei Dutzend Schichten des Vectran verstärkten Materials noch zwei Zentimeter große Geschosse aufhalten können, die mit Geschwindigkeiten von 20 000 Kilometern pro Stunde auf die Hülle treffen“, berichtet Kennedy. „Die Meteoriten werden dabei in der schwammartigen Außenhülle pulverisiert und bleiben so bereits in den äußeren Schichten stecken.“

Einfach, flexibel und günstig – so werden die ersten Refugien sein, die der Mensch als aufblasbare oder starre Konstruktionen auf dem Mond aufstellt. Sie sind meilenweit von jenen visionären Mondhotels entfernt, die in den vergangenen Jahren immer wieder für Schlagzeilen sorgten. So etwa das über 300 Meter hohe Mondhotel „Lunar Hilton“, das der britische Stararchitekt Peter Inston mit 5000 Betten, Schule, Krankenhaus und Kirche plante. Oder die ehrgeizigen Entwürfe des holländischen Architekten Hans-Jürgen Rombaut, dessen lunare Nobelherberge dem gestressten Erdbewohner das „leichte“ Leben auf dem Mond mit vielen Extras versüßen soll: Zimmer mit garantiertem Erdblick und mondspezifischen Sportangeboten, die die geringe Schwerkraft dort nutzen – etwa das federleichte Schweben im bequemen Fledermausdress oder das unbeschwerte Golfspiel, bei dem der Ball auf Rekordweiten gejagt werden kann.

„Die Mondhotels von Hilton oder Marriott sind zwar weit von den heute machbaren Mondbasen entfernt, aber ich bin davon überzeugt, dass der Tourismus die Weltraumprojekte voranbringen wird“, sagt Haym Benaroya. „Doch die ersten Mondbasen werden sicher keine mehrgeschossigen Sieben-Sterne-Hotels sein, sondern eingebuddelte Konservendosen.“ Eingebuddelt deshalb, weil die Mondbasen vor der kosmischen Strahlung geschützt werden müssen, die den Mond bombardiert. Aufgrund der fehlenden Atmosphäre treffen hochenergetische Strahlung und Mikro-Meteoriten ungebremst auf die Mondoberfläche. Auf die Fläche eines Fußballfeldes trifft durchschnittlich ein Mikro-Meteorit pro Jahr, der größer als ein halber Millimeter ist. Ein Mensch könnte von einem solchen mit enormer Wucht aufprallenden Ministein ohne weiteres getötet werden. Neben den Meteoriten ist auch die kosmische Röntgen- und Gammastrahlung eine Gefahr für die Menschen, denn sie entspricht auf dem Mond etwa dem Siebenfachen dessen, was für Astronauten oder Reaktorarbeiter als noch verträglich gilt, und dem 60fachen dessen, was anderen Menschen zugemutet werden darf. Als Schutz vor dieser Strahlung und den Meteoriten eignet sich der hyperfeine Mondstaub, der so genannte Regolith, der die Mondoberfläche mit einer zwei bis acht Meter dicken Schicht bedeckt.

„Für meinen Entwurf habe ich geplant, eine schützende Regolithschicht von drei Meter Dicke über den Wohnzylinder zu schütten. Der Regolith wird in Sandsäcken gestapelt, die bei Reparaturen oder sonstigen Arbeiten an der Mondbasis schnell weggeräumt werden können“, sagt Florian Ruess. Neben dem Strahlenschutz bietet der Sand auch eine Ausgleich zwi- schen Hitze und Kälte, die innerhalb des 28 Erdentage langen Tag-Nacht-Zyklus auf dem Mond zwischen minus 100 und plus 150 Grad Celsius pendelt. In einer ungeschützten Alu-Dose würde die Temperatur ständig zwischen Tiefkühltruhe und Backofen wechseln.

Einerseits schützt der Regolith, aber andererseits versperrt er auch den freien Blick in den Weltraum und zur Erde, der für das Wohlbefinden der Astronauten eine große Rolle spielt. Aus diesem Grund gibt es Pläne für Fenster in der Mondbasis, die jedoch nicht direkt dem kosmischen Meteoritenhagel ausgesetzt, sondern unter dem Regolith verborgen sind. Das natürliche Licht und damit auch die Ansicht des Himmels wird über verwinkelte Lichttunnel mit ausgeklügelten Spiegelsystemen nach unten zur Mondbasis gelenkt. Ein Problem des Regoliths ist seine extreme Anhänglichkeit: Das Material heftet sich an jede Oberfläche und dringt in jede Ritze. Verstärkt wird das dadurch, dass der Regolith häufig elektrisch geladen ist. „Das haben bereits die Apollo-Astronauten mitbekommen, denn die Stiefel und Hosenbeine ihrer Anzüge waren völlig von dem feinen Staub überzogen“, sagt Haym Benaroya. Doch der Staub ist nicht nur lästig, sondern er stellt auch eine Gefahr für alle beweglichen Teile der Mondbasis dar: Wie Schleifpapier wetzt er an Türen, Klappen, Scharnieren, Kugellagern, Raumanzügen und elektronischen Bauteilen.

Neben der sicheren Bauweise ist vor allem die Wahl des richtigen Bauplatzes ein wichtiges Thema. Die lunaren Architekten favorisieren dafür ausgerechnet die kältesten Plätze an den Mond-polen – denn hier ist die Temperatur am stabilsten und hier wird gefrorenes Wasser vermutet. Und Wasser gehört neben Sauerstoff, der vor allem als Treibstoff benötigt wird, zu den ersten Rohstoffen, die die Forscher auf dem Mond gewinnen wollen.

In Kratern wie dem Aitkenbecken am Südpol, die im ewigen Schatten liegen, herrschen konstante Temperaturen von rund minus 230 Grad Celsius. Daten der Mondsonden Clementine und Lunar Prospector aus den neunziger Jahren lassen vermuten, dass der dortige Regolith mit bis zu einem Prozent Wassereis angereichert ist. Dieses Eis wurde einst durch Kometeneinschläge eingelagert. Noch heute gibt es auf einer Gesamtfläche von rund 2000 Quadratkilometern vermutlich rund sechs Milliarden Tonnen Wassereis. Ein weiterer Vorteil der Südpolregion als Bauplatz für eine Mondstation: Die Höhenzüge der dortigen Krater liegen fast immer im direkten Sonnenlicht. Dadurch wäre eine ständige Stromversorgung mit Solarenergie möglich.

„Egal wo wir die Mondbasis aufbauen, sie muss auf jeden Fall mindestens einen Kilometer vom Landeplatz der Raumschiffe entfernt sein“, sagt NASA-Manager Mendell. „Denn wegen der geringen Anziehungskraft des Mondes werden Mondstaub und Geröll bei Starts und Landungen der Raketen zu gefährlichen Geschossen beschleunigt.“ Das bedeutet: Für den Bau einer Mondstation wird ein Transportsystem zwischen Landeplatz und Bauplatz benötigt. Erste Erfahrungen mit dem Apollo-Rover haben gezeigt, dass Fahrten auf dem Mond recht holprig und unsicher sind. Deshalb gibt es Pläne, die Fracht mit Seilbahnen zu befördern. Sie garantieren einen ruhigen Transport, und aufgrund der geringeren Gravitation können die Ingenieure die Drahtseile über weite Strecken ziehen, um selbst schwere Lasten mühelos von einem Ort zum anderen zu bringen.

Noch ist offen, wie die USA das ehrgeizige Mondprojekt finanzieren wollen. Die NASA soll zwar zusätzlich eine Milliarde Dollar von der US-Regierung erhalten und elf Milliarden Dollar werden durch Umstrukturierung freigeschaufelt, doch für eine Rückkehr zum Mond ist das zu wenig. Vorsichtig geschätzt liegen die Kosten wohl jenseits von denen der Apollo-Mission – umgerechnet rund 150 Milliarden Euro. „Die Rückkehr zum Mond stellt uns vor eine große Herausforderung. Ich würde mir ein internationales Mondprojekt wünschen“, sagt Mendell.

Während sich die große Politik über die Realisierung von Bushs Mondplänen Gedanken macht, überlegt Florian Ruess, wie die dritte Generation von Mondbasen aussehen könnte. Fest steht für ihn, dass sie aus Material vom Mond selbst gebaut wird. Sein Vorschlag: Das Mondgestein schmelzen und dann in Formen gießen. „ Zwar werden dafür hohe Temperaturen benötigt, aber der Prozess ist unabhängig von Wasser“, sagt Ruess und schaut aus dem Fenster. Inzwischen hat der Regen aufgehört, und über dem Bodensee ist gerade der Mond aufgegangen. ■

Roland Brutscher ist diplomierter Physiker und lebt als Wissenschaftsjournalist in Tübingen. In bild der wissenschaft hat er bereits mehrfach über aktuelle Trends in der Raumfahrt berichtet.

Roland Brutscher