Project Details
Ort
Shacleton Krater, Mond
Jahr
07/2022
Von
Michail Magkos, Anne Stadtmüller,Yassin Amara, Abhishek Anil, Souktik Bhattacherjee, Sisinio Dargent de Vicente, Patrick Haffmans, Nicolas Heinz, Maximilian Hengstmann, Andrea Hinkel, Apoorva Joshi, Merve Karakas, Aleksandr Kolchin, Christian Korn, Vipul Mani, Rafael Rivera, Ilja Skrypnyk, Dominik Tokarz
Bei
51st International Conference on Environmental Systems (ICES)
Expert*innen
Mark Blaschitz
Kategorien
#Interdisziplinär#Archetyp#Gemeinschaft#Wohnen#Arbeiten#Architektur#Wettbewerb
A.M.O.R.E - ein lunares Forschungsdorf
Im Rahmen des Space Station Design Workshop (SSDW) des Instituts für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart wurde von einem internationalen, interdisziplinären Team aus Studierenden und jungen Fachkräften ein Konzept für Advanced Moon Operations Resource Extraction (A.M.O.R.E) in einem nachhaltigen lunaren Forschungsdorf vorgelegt. Dieses wurde im Anschluss u.a. bei der 51st International Conference on Environmental Systems (ICES) zum Thema “Wohnen und Arbeiten unter extremen Bedingungen” als Paper eingereicht und auf der Konferenz in St. Paul, Minnesota präsentiert.
Die Besonderheit besteht in der höchstmöglichen Selbstversorgung durch die Nutzung vor Ort vorhandener Ressourcen und der damit verbundenen Reduzierung der Versorgungsflüge zum Mond, wodurch die Umweltbelastung einer solchen Mission verringert wird. Die A.M.O.R.E-Konzeptstudie arbeitet zusätzlich mit adaptiven, modularen Systemen, die eine einfache Skalierung des Habitats ermöglichen, sodass es auf sich ändernde Anforderungen reagieren kann. Durch eine geringe Anzahl von Flügen, intelligentes Design und eine wirtschaftliche Auslegung wird A.M.O.R.E nachhaltig gestaltet. Durch die Einbeziehung einer Vielzahl von Disziplinen wird der ganzheitliche Ansatz aus allen Perspektiven getestet und verbessert. In seiner Endphase wird A.M.O.R.E eine etablierte Mondbasis sein, die bereit ist, zahlreiche Forschungsmissionen zu leiten und als wachsender Forschungs- und Ausbildungsstandort für die weitere Weltraumforschung zu dienen.
Links ist die Topografie und Lage am Pol dargestellt, rechts ist die Analyse hinsichtlich Leuchtkraft, Neigung und Höhe zu sehen, die zur Identifizierung des Basisgebiets verwendet wurde.
Die Auswahl des Standorts wurde von mehreren Anforderungen beeinflusst: Ein durch die thermischen und energetischen Anforderungen definierter Tag-Nacht-Zyklus, ein halbplanares Gelände für großflächige Bauvorhaben, die Nähe zu In-Situ-Ressource-Utilization (ISRU) -Standorten mit dafür nutzbaren Rohstoffen, das wissenschaftliche Interesse an der Region und das Vorhandensein mehrerer kleinere Krater in der Umgebung, die in Zukunft für Radioastronomie und die Lagerung von Treibstoff genutzt werden können. Schlussendlich wurde eine Fläche in der Nähe des Randes des Shackleton-Kraters am südlichen Mondpol ausgewählt.
Um die menschlichen Bedürfnisse zu berücksichtigen, werden im Laufe der Zeit mehr und komplexere Funktionen benötigt.
Die A.M.O.R.E.-Operation ist in mehrere Phasen unterteilt. In Phase 0 (2027–2028) wird die primäre Infrastruktur eingerichtet: Erkundungsrover bestimmen den genauen Lande-/Bauort, suchen ISRU-Optionen und führen grundlegende Bauarbeiten durch. Gleichzeitig wird ein Kommunikationsnetzwerk in einer stabilen elliptischen, geneigten Mondumlaufbahn eingerichtet[13]. Beim letzten Start in dieser Phase wird das Kernmodul zum Mond transportiert und dort von Rovern im Regolith vergraben.
Die ersten beiden bemannten Missionen der Phase 1 (2028–2031) bringen je eine Landefähre mit, die von da an für Folgemissionen an der Gateway-Station zur Verfügung stehen, außerdem einige Erkundungs-Rover und wissenschaftliche Ausrüstung sowie Pneus. Damit können die ersten Traglufthallen für Studio- und Gewächshäuser gebaut werden. Die Besatzungen sind noch klein, so dass viel Material transportiert werden kann.
Um die menschlichen Bedürfnisse zu berücksichtigen, werden im Laufe der Zeit mehr und komplexere Funktionen benötigt. Rechts sieht man, wie die erste Ausbaustufe schon 1,5 Jahre nach der ersten bemannten Landung alle grundlegenden Bedürfnisse deckt.
In Phase 2 (2032–2035) werden die Kapazitäten für ISRU, Wissenschaft und Crew durch den Einsatz weiterer Abbau- und Verarbeitungsanlagen und den Bau zusätzlicher Wohnräume und eines Radioteleskops aufgestockt. Es kommen Rover und Besatzungsmitglieder hinzu, bis zeitgleich 12 Personen in der Station leben. Die Wasser- und Kraftstoffgewinnung/-produktion wird über das Nötigste hinaus auf sinnvolle Mengen ausgebaut. Phase 3 (ab 2035) markiert den Beginn des etablierten Forschungsdorfes: Wohnraum, Gewächshäuser, Verarbeitungsanlagen und Labore können nach Bedarf in das Cluster eingefügt werden. Die Basis kann nun Raum für externe Besatzungen und Nutzlasten sowohl von privaten als auch von öffentlichen Einrichtungen bereitstellen. Gleichzeitig könnte die Ressourcengewinnung bei entsprechender Nachfrage ein Niveau erreichen, das es ermöglicht, den Mond und die Mondumlaufbahn sowie die nahezu geradlinige Halo-Umlaufbahn des Gateway mit lokal gewonnenem Treibstoff zu versorgen.
Die Grafik zeigt, wie A.M.O.R.E als lunares Dorf zirkulär wirtschaftet und der Erde nach der ersten Entnahme von Ressourcen wissenschaftlichen Mehrwert zurück gibt, der auf der Erde nicht gewonnen werden kann.
Nachhaltigkeit in allen Aspekten ist Kern des A.M.O.R.E-Projektes. Neben Ressourcen und Nutzbarkeit ist auch die Finanzierung für das private Projekt wichtig. Unterstützung von der Erde ist für den Bau und die ersten Transporte unverzichtbar, sollte aber nach und nach reduziert werden. Eine grundlegende Komponente zur Steigerung der Nachhaltigkeit für Erde und Mond ist die Nutzung von Ressourcen vor Ort. Dadurch sollten Einsparungen bei Transport und Emissionen erzielt werden. Vor allem Sauerstoff und Wasser bilden per Elektrolyse einen wichtigen Kreislauf. Damit kann auch Nahrung produziert werden. Für eine dauerhafte und expandierende Basis ist ein robustes und nachhaltiges Lebenserhaltungssystem (ECLSS) erforderlich. Die extreme Mondumgebung erfordert besondere Maßnahmen zur Erhaltung der körperlichen und geistigen Gesundheit der Menschen. Nur so können Sicherheit und Leistungsfähigkeit der Besatzung gewährleistet werden. Weitere Herausforderungen für die A.M.O.R.E-Raumstation sind extreme Temperaturschwankungen, das Fehlen einer Atmosphäre und damit auch von Druck und kleine Einschläge. Mit der primären Mission (2030–2042) soll eine nahezu autarke Basis errichtet werden, die am Ende eine ständige Besatzung von sechzehn Personen und eine ankommende Besatzung von vier Personen beherbergen kann. Ab 2042 beginnt die weitere Expansion nach Bedarf. Alle Segmente der Station werden auf Grundlage bestehender Trägerraketen und Fahrzeuge entworfen, um Implementierungskosten zu minimieren.
Das Kernmodul: links die obere Hälfte, in der Mitte die Untere, Rechts der Schnitt
Erstes Element der Basis ist das Kernmodul. Es ist vierzehn Metern hoch und hat einen Durchmesser von fünf Metern, der durch die Trägerrakete definiert wird. Es wird nach der Landung durch die Rover in eine horizontale Position gebracht und mit einer Schicht aus halbstabilisiertem Regolith zum Schutz vor kosmischer und solarer Strahlung bedeckt. Das Kernmodul ist in zwei Ebenen unterteilt und beherbergt verschiedene missionskritische Systeme wie Kommunikation (COM), redundante Lebenserhaltungssysteme (ECLSS), Command and Control (C2), Tanks für u.a. Wasser und mehr. Da der begrenzte Platz im Habitat keine privaten Räume und vollwertigen Ruhebereiche zulässt und die Besatzung gezwungen ist, sich immer in einem Gemeinschaftsbereich aufzuhalten, ist die Missionsdauer in dieser Anfangsphase auf drei Monate begrenzt.
Das HEART-Modul (leise) mit Wohnfunktion im Obergeschoss
Das erste HEART-Modul (Habitable Earthlike Atmosphere in Regolith Tents) wird durch die erste Crew in etwa drei Monaten gebaut: Der Pneu wird auf dem vorbereiteten Untergrund mit Luft befüllt, durch Rover mit Regolith umhüllt und von der Crew als ruhiges Wohnmodul für vier bis acht Personen mit Pflanzsystemen entlang der Außenhaut und modularen Racks im Innenbereich eingerichtet. Auf der unteren Ebene sind darin Subsysteme und wissenschaftlichen Einheiten untergebracht. Deren Anordnung definiert ohne weitere Hilfsmittel die dreiachsige Erschließung und bettet fokussierte Arbeitsplätze entlang der grünen Außenwand ein. Das zentrale Atrium ermöglicht die homogene Belüftung und einfache Kommunikation zwischen den Ebenen und gibt beiden Etagen mehr visuellen Raum.
Der Zugang zum Obergeschoss erfolgt über drei auf Mondgravitation angepasste, steile Treppen, die von den Erschließungsachsen abzweigen und in die Pflanzsysteme eingebettet sind. Hier befinden sich Privaträume für vier Besatzungsmitglieder mit optionaler kurzzeitiger Doppelnutzung für acht Personen, Sport- und Sanitärbereiche und ein gemeinschaftlicher Koch-, Ess- und Aufenthaltsbereich mit Blick durch das Fenster auf die Erde. Die visuelle Verbindung wirkt sich sehr positiv auf die menschliche Psyche aus, auch wenn die physische Schutzwirkung etwas niedriger ist. Technischen Mehrwert hat das Fenster durch die Doppelfunktion als Wassertank, in dem durch die Strahlung auch positiv geladenes Wasser ([H₃O]⁺) entsteht, welches wiederum in den Laboren weiter verwendet werden kann. Die Galerie um den zentralen Luftraum ist ebenfalls mit Pflanzsystemen für größere Pflanzen ausgestattet, um einen optischen und akustischen Filter zu den privaten Räumen zu erzeugen, ohne sie ganz abzutrennen.
Das laute HEART-Modul unterscheidet sich vom leisen Wohnmodul durch Trainingsräume und mehr Funktionsflächen im Obergeschoss. Hier sind die lauten oder anderweitig inkompatiblen Systeme wie ECLSS untergebracht.
Die Luftschläusen können Module miteinander oder mit dem Außenraum verbinden.
“A.M.O.R.E loves Earth”
Aufgrund der Modularität von Architektur und Innenausstattung kann das Monddorf A.M.O.R.E wachsen und an aktuelle Bedürfnisse angepasst werden. Nach einer Entwicklungszeit von etwa zehn Jahren wird es 2040 vier Besatzungen mit jeweils vier Personen für je ein Jahr aufnehmen können. Die 14 HEART-Module sind in zwei Clustern um das CORE-Modul gruppiert. Die denzentalisierten Systeme und die Kopplung jedes Modules mit Luftschleuse und eigener Atmosphäre sorgen für Resilienz, ebenso wie der hohe Grad der Selbstversorgung mit Kreislaufnutzung vorhandener Ressourcen und In-Situ Zugewinn durch ISRU-Technologien. Das Monddorf kann ohne großen Aufwand mit nur wenigen Ressourcen von der Erde erweitert werden, um nachhaltig Raum für Wissenschaft und Training bereit zu stellen, der der Menschheit auf der Erde dient, statt ihren Planeten zugunsten Weniger auszubeuten und zu zerstören.
Mehr Infos: ICES Paper: https://www.researchgate.net/publication/370607496_AMORE_-_Concept_Study_for_a_lunar_research_village https://ttu-ir.tdl.org/items/d6b10a60-5872-42ab-b7c7-4d29eacf25f4 SSEA Paper: https://upcommons.upc.edu/server/api/core/bitstreams/59c7f8c0-9085-462d-a55b-35b39eb7fd1c/content Dank an: Baukunst Studio - Mark Blaschitz, SSDW 2021 Team Blue (and Team Red and Organisers, Supervisors, Motivators), ICES Space Architecture Team, Gregor Stadtmüller Referenzen: https://www.spacestationdesignworkshop.com/ Instagram: @a.m.o.r.e_station