Im Rahmen des Forschungsprojekts LUWEX (Validation of Lunar Water Extraction and Purification Technologies for In-Situ Propellant and Consumables Production) haben Wissenschaftler*innen ein Verfahren entwickelt, um aus eishaltigem Mondstaub (Regolith) Wasser zu gewinnen und dieses zu reinigen, um zukünftig Raketentreibstoff und Trinkwasser für auf der Mondoberfläche stationierte Astronaut*innen zu liefern.
Laborbedingungen simulieren den Mond
Dieses Verfahren ist nun erfolgreich in Experimenten erprobt worden. In den Experimenten konnten fast 65 Prozent des Wassers aus dem simulierten Mondgestein extrahiert und aufbereitet werden. In mehreren Experimenten konnten so insgesamt mehr als drei Liter sauberes Wasser produziert werden. Das Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig stellt als Verbundpartner die erforderliche Laborinfrastruktur zur Verfügung, um die Prozeduren im großen Maßstab, mit hoher Detailtiefe und praxisnah in Versuchen zu testen. Diese Experimente ermöglichen die Validierung des technologischen Aufbaus sowie die Erkennung von potenziellen Schwachstellen.Die Thermalvakuumkammer des CoPhyLab (Comet Physics Laboratory), ein Unikat, das ursprünglich für die Kometenforschung entwickelt wurde, spiegelt die Bedingungen der Mondoberfläche wider. Sie ermöglicht Experimente mit Staub-Eis-Gemischen bei Temperaturen bis zu -170 Grad Celsius und unter Vakuumbedingungen. Insgesamt 14 Messsysteme sorgen für ein vollständiges Monitoring.
Herstellung von eishaltigem Mondregolith im Labor
Im CoPhyLab der TU Braunschweig wird mit selbst hergestelltem Eis und synthetischem Mondregolith ein Staub-Eis-Simulant gemischt, aus dem dann in der Thermalvakuumkammer das Wasser extrahiert werden kann. Für das Eis wird ein Nebel aus sehr feinen Wassertröpfchen in flüssigem Stickstoff schockgefroren. So entstehen einzelne runde Wassereisteilchen mit einem Radius von 2,4 Mikrometern, was etwa einem Zwanzigstel eines menschlichen Haares entspricht. Anschließend werden diese mit dem Mondregolith vermischt.Laborbedingungen simulieren den Mond
Der Mondeis-Simulant wird dann in das vom DLR entwickelte Wasserextraktionssystem gefüllt. Das System befindet sich dabei innerhalb der Thermalvakuumkammer und wird somit unter mond-ähnlichen Bedingungen getestet. Für die einzelnen Versuchsreihen werden bis zu 15 Kilogramm Simulant hergestellt und dann in einen vorgekühlten Behälter in der Thermalvakuumkammer gefüllt. Anschließend wird die restliche Atmosphäre abgepumpt und der Simulant erwärmt und gerührt, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen. Durch den niedrigen Druck verflüssigt sich das Eis nicht, sondern wandelt sich direkt in Wasserdampf um. Dieses Gas wird dann an Kupferrohren, die mit flüssigem Stickstoff auf -150°C gekühlt sind, gesammelt. Dort kondensiert das Gas wieder zu Eis. Auf diese Weise wird das Eis vom Mondregolith getrennt. Wenn sich genug Eis an den Kupferrohren gesammelt hat, werden diese erwärmt und das Eis rutscht nach unten. Dort wird es erneut aufgewärmt und verflüssigt. Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen hat dieses Subsystem zur Extraktion des Wassers entwickelt. Zum Abschluss des Versuchs wird dieses Wasser aufbereitet und die Wasserqualität überprüft.Gewinnung von Wasser unter mond-ähnlichen Bedingungen
Verschiedene Proben mit unterschiedlichen Anteilen von Mondregolith und Eis wurden getestet, um die optimalen Prozessparameter für die Wasserextraktion zu identifizieren. Ziel des Vorhabens ist, auf dem Mond mit minimaler Energie maximal viel Wasser zu extrahieren. Die Forschenden testeten, welche Temperatur und Rührgeschwindigkeit dafür am besten geeignet sind. Thales Alenia Space ist im zweiten Schritt für die Aufbereitung und Reinigung des gewonnenen Wassers zuständig. Sensoren messen die Wasserqualität, und Proben werden im Labor genauer analysiert. Das Ziel, in jedem Versuchsdurchlauf mindestens einen halben Liter Wasser zu gewinnen, wurde sogar übertroffen. In den Experimenten konnte bis jetzt fast 65 % des hinzugefügten Wassers extrahiert und aufbereitet werden.Den ganzen Artikel finden Sie unter:
https://magazin.tu-braunschweig.de/pi-post/wasser-aus-mondstaub-tests-erfolgreich-beendet/
Quelle: TU Braunschweig (11/2024)