Bouwstenen op de maan van maanstof

In de komende decennia hopen veel ruimtevaartorganisaties bemande missies naar de maan uit te voeren en er zelfs buitenposten te vestigen. Tussen de NASA, de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA), Roscosmos en de Indiase en Chinese ruimtevaartorganisaties is er geen gebrek aan plannen om maanbasissen en -nederzettingen te bouwen. Deze zullen niet alleen een menselijke aanwezigheid op de maan vestigen, maar missies naar Mars en dieper in de ruimte vergemakkelijken.

Zo is de ESA van plan om tegen 2030 een “internationaal maansdorp” op de maan te bouwen. Dit dorp, de spirituele opvolger van het International Space Station (ISS), zou ook wetenschappelijk onderzoek in een maanomgeving mogelijk maken. Op dit moment zijn Europese onderzoekers aan het plannen hoe ze dit dorp gaan bouwen, waaronder het uitvoeren van experimenten met maanstofsimulanten om bakstenen te maken.

Om het eenvoudig te zeggen, het hele oppervlak van de maan is bedekt met stof (aka. regolith) dat is samengesteld uit fijne deeltjes van ruw silicaat. Dit stof werd in de loop van miljarden jaren gevormd door voortdurende meteorietinslagen die de silicaatmantel tot fijne deeltjes verpletterden. Het is in een ruwe en fijne staat gebleven vanwege het feit dat het maanoppervlak geen verwering of erosie ondergaat (vanwege het ontbreken van een atmosfeer en vloeibaar water).

Omdat het zo overvloedig is, en op sommige plaatsen een diepte van 4-5 meter bereikt – en tot 15 meter in de oudere hooglandgebieden – wordt regoliet door veel ruimtevaartorganisaties beschouwd als het bouwmateriaal bij uitstek voor nederzettingen op de maan. Zoals Aidan Cowley, wetenschappelijk adviseur van de ESA en een expert op het gebied van maanaarde, in een recent persbericht van de ESA verklaarde:

“Maanstenen zullen van stof worden gemaakt. Je kunt er stevige blokken van maken om wegen en lanceerplatforms te bouwen, of habitats die je astronauten beschermen tegen de barre maanomgeving.”

Naast het profiteren van een schijnbaar onuitputtelijke lokale hulpbron, tonen de plannen van de ESA om maangesteente te gebruiken om deze basis en aanverwante infrastructuur te creëren, hun toewijding aan het in-situ gebruik van hulpbronnen. In principe zullen bases op de maan, Mars en andere plaatsen in het zonnestelsel zo zelfvoorzienend mogelijk moeten zijn om de afhankelijkheid van de aarde voor regelmatige verschepingen van voorraden te verminderen – wat zowel duur als grondstof-uitputtend zou zijn.

Om te testen hoe het met maangranoliet als bouwmateriaal zou gaan, hebben ESA-wetenschappers maanstofsimulanten gebruikt die hier op aarde zijn geoogst. Zoals Aiden heeft uitgelegd, is regoliet op zowel de aarde als de maan het resultaat van vulkanisme en bestaat het in wezen uit basaltmateriaal dat uit silicaten bestaat. “De maan en de aarde delen een gemeenschappelijke geologische geschiedenis,” zei hij, “en het is niet moeilijk om materiaal te vinden dat vergelijkbaar is met dat op de maan in de overblijfselen van lavastromen.”

De simulanten werden geoogst uit de regio rond Keulen, Duitsland, die ongeveer 45 miljoen jaar geleden vulkanisch actief waren. Met behulp van vulkanisch poeder uit deze oude lavastromen, waarvan werd vastgesteld dat het goed overeenkwam met maanstof, begonnen onderzoekers van het European Astronaut Center (EAC) het poeder (dat zij EAC-1 hebben genoemd) te gebruiken om prototypen te maken van de bakstenen die zouden worden gebruikt om het maansdorp te bouwen.

Spaceship EAC, een ESA-initiatief dat is ontworpen om de uitdagingen van bemande ruimtevluchten aan te pakken, werkt ook met EAC-1 om de technologieën en concepten te ontwikkelen die nodig zullen zijn om een buitenpost op de maan te creëren en voor toekomstige missies naar de maan. Een van hun projecten gaat over het gebruik van de zuurstof in maanstof (dat 40% van het stof uitmaakt) om astronauten te helpen een langer verblijf op de maan te hebben.

Maar voordat de ESA kan tekenen voor maanstof als bouwmateriaal, moet nog een aantal tests worden uitgevoerd. Deze omvatten het nabootsen van het gedrag van maanstof in een stralingsomgeving om hun elektrostatische gedrag te simuleren. Al tientallen jaren weten wetenschappers dat maanstof elektrisch geladen is vanwege de manier waarop het voortdurend wordt gebombardeerd door zonne- en kosmische straling.

Dit is wat ervoor zorgt dat het van het oppervlak wordt opgetild en zich vastklampt aan alles wat het aanraakt (wat de Apollo 11 astronauten opmerkten bij hun terugkeer naar de Lunar Excursion Module). Zoals Erin Transfield – een lid van ESA’s maanstof topical team – aangaf, begrijpen wetenschappers nog steeds niet volledig de elektrostatische aard van maanstof, wat een probleem kan vormen als het gaat om het gebruik ervan als bouwmateriaal.

Wat meer is, de straling-omgeving experimenten hebben nog geen sluitende resultaten opgeleverd. Als biologe die ervan droomt de eerste vrouw op de maan te zijn, gaf Transfield aan dat meer onderzoek nodig is met gebruikmaking van echt maanstof. “Dit geeft ons nog een reden om terug te gaan naar de maan,” zei ze. “We hebben ongerepte monsters nodig van het oppervlak dat is blootgesteld aan de stralingsomgeving.”

Naast het vestigen van een menselijke aanwezigheid op de maan en het mogelijk maken van deep-space missies, zou de bouw van het voorgestelde maan dorp van de ESA ook kansen bieden om nieuwe technologieën te benutten en partnerschappen te smeden tussen de publieke en private sector. Zo heeft de ESA samengewerkt met het architectenbureau Foster + Partners om het ontwerp voor hun maandorp te maken, en zijn andere particuliere bedrijven aangetrokken om andere aspecten van de bouw te helpen onderzoeken.

Op dit moment is de ESA van plan haar internationale maandorp te bouwen in het zuidelijke poolgebied, waar overvloedig waterijs is ontdekt. Om dit te onderzoeken, zal de ESA in 2020 hun “Package for Resource Observation and in-Situ Prospecting for Exploration, Commercial exploitation and Transportation” (PROSPECT) missie naar de maan sturen, die zal reizen als onderdeel van de Russische Luna-27 missie.

Deze missie, een gezamenlijke inspanning van de ESA en Roscosmos, zal een door Rusland gebouwde lander in het Zuidpool-Aitken Basin van de maan neerzetten, waar de PROSPECT sonde zal worden uitgezet en in het oppervlak zal boren om ijsmonsters te verzamelen. In de langetermijnplannen van de ESA is ook sprake van een reeks missies naar de maan vanaf 2020 waarbij robotarbeiders de weg banen voor menselijke ontdekkingsreizigers om later te landen.

In de komende decennia zijn de bedoelingen van ’s werelds toonaangevende ruimtevaartorganisaties duidelijk – we gaan niet alleen terug naar de maan, maar we zijn van plan om daar te blijven! Daartoe worden aanzienlijke middelen uitgetrokken voor onderzoek en ontwikkeling van de nodige technologieën en concepten om dit mogelijk te maken. Tegen 2030 zouden we astronauten (en zelfs privé-burgers) wel eens regelmatig van en naar de maan kunnen zien komen.