Wie können auf dem Mond hergestellte Raumfahrzeuge angetrieben werden?

Hintergrund: Der Mond wurde als Basis für die bemannte Weltraumforschung ausgewählt. Anstatt Tonnen von Material aus der Schwerkraft der Erde zu transportieren, werden interplanetare Raumfahrzeuge und Raumstationen auf der Oberfläche des Mondes hergestellt und von dort aus gestartet.

Auf dem Mond wurde eine industrielle Kapazität entwickelt, die den Abbau und die Verarbeitung von Erzen ermöglicht, sowie die Herstellung und eine einigermaßen gute Materialwissenschaft unter Verwendung von Mondressourcen. Als grobe Richtlinie gilt: Wenn ein Material in den 1970er Jahren auf der Erde hätte hergestellt werden können, kann heute auf dem Mond ein angemessener Ersatz in Bezug auf die Materialeigenschaften hergestellt werden. Wenn Sie begründen können, warum ein Material, das diesen Standard übertrifft, auf dem Mond hergestellt werden kann, können Sie es verwenden.

Hinweis: Zur Verdeutlichung muss das Tech-Level nicht auf die 1970er Jahre beschränkt werden (das Ziel liegt in der Zukunft, aber mit minimalen zusätzlichen wissenschaftlichen Fortschritten). Ich habe diese Einschränkung auf die Ebene der Materialwissenschaften gelegt, weil die Entwicklung einfacher Strukturmaterialien (z. B. Stahl) auf dem Mond erhebliche Herausforderungen darstellen würde, aber die Details den Rahmen der Frage sprengen würden.

Die Frage: Wie werden diese auf dem Mond hergestellten Raumfahrzeuge angetrieben?

Kriterien:

  • Je realistischer die Stromquelle auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft basiert, desto besser: aktuell implementiert > prototypisch > in Entwicklung > theoretisch > hypothetisch > unmöglich
  • Die Rohstoffe sollen auf dem Mond gefunden und möglichst wenig Masse von der Erde importiert werden. Je reichlicher und leichter zu verarbeitende Rohstoffe sind, desto besser.
  • Die Antwort sollte erklären, wie die Energiequelle in der Lage ist, sowohl den Antrieb des Fahrzeugs als auch seine anderen Energieanforderungen zu versorgen.
  • Das Endergebnis muss eine tragbare Energiequelle für das Raumfahrzeug sein, wobei sowohl der Antrieb für das Raumfahrzeug als auch alle erforderlichen Treibstoffe auf dem Mond hergestellt und produziert werden. Für den Antrieb gilt die gleiche Glaubwürdigkeit wie für die Stromquelle.

Hinweis: Ich suche nach der Hauptenergiequelle des Raumfahrzeugs. Da sich einige Energiequellen leichter für den Antrieb eignen, halte ich auch eine Erklärung des in Verbindung mit der Energiequelle verwendeten Antriebssystems für erforderlich.

Beispiele für Stromquellen

  • Moon stellte Solarmodule mit Batterien und einem elektrisch betriebenen Antriebssystem her.
  • Wasserstoff-, Sauerstoff- und Raketentriebwerke, die auf dem Mond hergestellt werden.
  • weltraumtauglicher nuklearbetriebener Motor, der auf dem Mond hergestellt wurde

Exzellente Antworten werden einen Beweis dafür liefern, wie weit die Energiequelle derzeit entwickelt ist. Ein Beweis dafür, wie ausgereift Antriebe sind, die mit dieser Stromquelle arbeiten können. Beweise für Erze aller wichtigen Rohstoffe auf dem Mond.

Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; Diese Konversation wurde in den Chat verschoben .
Eine Treibstoffkombination, die vom Mond bezogen werden kann, ist pulverisiertes Aluminium und Sauerstoff. Hintergrundinformationen finden Sie im folgenden technischen Memo der NASA: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940017287.pdf
Als OP würde ich es vorziehen, wenn die Frage harte Wissenschaft bleibt. Die besten Antworten auf diese Frage entsprechen meiner Meinung nach diesem Standard - mit Links zu glaubwürdigen Quellen für alle wichtigen Punkte. Als die Person, die die Frage stellt, bin ich voreingenommen, Antworten zu mögen, auch wenn sie nicht dem harten wissenschaftlichen Standard entsprechen - aber ich denke, dass harte Wissenschaft der am besten geeignete Standard für die Frage ist.

Antworten (12)

Ein Aluminium-Sauerstoff-Antrieb verbrennt Aluminium und Sauerstoff (wie der Name schon sagt) und erreicht einen mittelmäßigen spezifischen Impuls (das primäre Maß für die Treibstoffeffizienz für Raketen) von etwa 285 Sekunden . Normalerweise wäre dies für die Verwendung als Raketentreibstoff uninteressant, da aktuelle Wasserstoff-Sauerstoff-Antriebe, wie sie für die Haupttriebwerke des Space Shuttles verwendet werden, spezifische Impulse von etwa 450 Sekunden erreichen können , die den erbärmlichen spezifischen Impuls von Aluminium-Sauerstoff weit übertreffen Verbrennung.

Der Vorteil eines Aluminium-Sauerstoff-Motors ist jedoch die Tatsache, dass Sie den Kraftstoff aus nichts anderem als Regolith (Mondschmutz und -gestein) und Elektrizität herstellen können. Laut diesem Papier erfordert die Reduktion von Aluminiumoxid, das im Mondregolith vorhanden ist, hohe Temperaturen (über 1832 K), die durch Sonnenenergie bereitgestellt werden können, sowie Kohlenstoff- und Eisenoxid , die beide im Mond verfügbar sind Regolith (obwohl die Gewinnung von genügend Kohlenstoff die Verarbeitung von viel Erz erfordert und nach der Reaktion so weit wie möglich aus dem CO2 zurückgewonnen werden würde). Diese Reduzierung wurde für das oben verlinkte Dokument durchgeführt, es befindet sich also eindeutig in der Phase „Bereits implementiert“.

Der Bau einer Rakete, die Aluminium und Sauerstoff als Treibstoff verwendet, wird ziemlich einfach sein, da es sich im Wesentlichen nur um eine ziemlich ineffiziente Hybrid-Treibstoffrakete handelt, eine Art Rakete, von der wir bereits eine Reihe gebaut und geflogen haben und die wir problemlos können bei Bedarf mehr bauen (der Bedarf ist nicht entstanden, weil flüssige Brennstoffe höhere spezifische Impulse haben, aber die verschiedenen flüssigen Brennstoffe, die auf der Erde verwendet werden, sind auf dem Mond viel schwieriger herzustellen, daher ist die Verwendung von Aluminium und Sauerstoff eine praktikable Alternative ). Das ist also irgendwo zwischen der „Prototyped“-Phase (da wir noch keinen speziellen Aluminium-Sauerstoff-Antrieb haben) und der „Currently Implemented“-Phase (weil wir viele Hybridraketen anderer Typen haben).

Daher könnten auf dem Mond hergestellte Raumfahrzeuge von einem Aluminium-Sauerstoff-Antrieb angetrieben werden, wobei auf dem Mond hergestelltes Treibmittel mit nichts als Mondschmutz, einem Solarpark und einigen bereits gebauten Geräten verwendet wird.

Das ist wahrscheinlich das beste System, um Dinge einfach in die Mondumlaufbahn zu befördern
@Mranderson Ich muss zugeben, dass es aufgrund seines miserablen spezifischen Impulses für längere Missionen ungeeignet ist, ja. Die höheren Stufen langer Missionen (alles Interplanetare, mit der möglichen Ausnahme des Mars) würden wahrscheinlich besser von so etwas wie H2 / LOX-Raketen mit Treibstoff aus Mondeis bedient (siehe Antwort von ShadoCat).
Wie wäre dies im Vergleich zur Verwendung von Wasserstoffperoxid, wenn viel Wassereis verfügbar wäre?
@Innovine Wie in der Antwort angegeben, ist der spezifische Impuls dieser Art von Antrieb im Vergleich zu jeder derzeit verwendeten Raketensorte miserabel. Die Fülle an Treibstoff, egal wo auf der Mondoberfläche Sie sich aufhalten, ist der Hauptvorteil. Auf dem Mond ist Wassereis vorhanden, aber es ist fast vollständig an den Polen vorhanden, dem ungünstigsten Ort, um eine Rakete zu starten. Darüber hinaus gibt es erhebliche Probleme mit der Kraftstoffspeicherung und der Zuverlässigkeit von Wasserstoffperoxidantrieben (sie explodieren gerne), die Wasserstoff-Sauerstoff-Kraftstoffe in den allermeisten Situationen weit überlegen machen.
Interessant, denn als ich eine separate Frage dazu stellte, wurde mir mitgeteilt, dass h2o2 aufgrund von Problemen bei der Speicherung von Hochdruckwasserstoff ein viel besserer Kraftstoff sei.
@Innovine Das Hauptproblem bei H2O2 ist, dass es sich gerne langsam in H2O und O2 zersetzt. Dies erhöht den Tankdruck (was schließlich zu einer Explosion führt) und setzt auch Wärme frei. Wärme erhöht die Zersetzungsrate des anderen H2O2 im Tank, wodurch mehr Wärme freigesetzt wird, was dazu führt, dass sich mehr H2O2 noch schneller zersetzt, und schließlich explodiert entweder Ihr Tank (wenn er nicht richtig entlüftet wird) oder Ihr Raketentreibstoff endet zu Wasser und Sauerstoff werden, die für den Antrieb von Raketen ziemlich nutzlos sind. Weitere Informationen finden Sie in dem erstaunlichen Buch „Ignition“ von John D. Clark.
Wie wäre es bei chemischen Kraftstoffen mit einem Wasserstoff-Fluor-Gemisch? Hochreaktiv, obwohl giftig und ätzend. Auf der Erde wäre es sicherlich nie erlaubt, aber vielleicht wäre der Mond eine perfekte Teststation?
@Lelu Keines dieser Elemente ist in Regolith genau reichlich vorhanden, und Flourin ist äußerst gefährlich. Ich würde empfehlen, sich davon fernzuhalten, wenn Sie es genießen, nicht in Flammen zu stehen.
@Gryphon Wasserstoff ist im Sonnenwind verfügbar, der auf den Mond geblasen wird, richtig? Ich weiß auch, dass Fluor gefährlich ist, aber deshalb testen wir es nur außerhalb der Erde, oder?

Ein Brute-Force-Konzept mit Technologie der 1970er und Mondmaterialien:

Verwenden Sie Monderze, um reflektierende Materialien und Stirlingmotoren herzustellen . Bauen Sie mit diesen Materialien solarthermische Kraftwerke auf dem Mond. Speichern Sie die Energie mit geschmolzenen Metallbatterien oder Batterien, die Metalle oder Salze schmelzen und wieder einfrieren , die ebenfalls aus Mondmaterial hergestellt werden.

Verwenden Sie Hochleistungs-Ablationstechnologie für die Raketen. Der Boden des Schiffes ist ein großes geformtes Stück Metall. Schicken Sie einen intensiven Energiestrahl vom Startplatz zum Boden des Schiffes. Das Metall abkochen, um Schub zu erzeugen. Erdgestützte Trägerraketen, die dieses Konzept verwenden, würden etwa 3 GW Leistung benötigen. (Per „ Halfway to Anywhere “, in A Step Farther Out .) Da der Mond etwa 1/6 der Schwerkraft der Erde hat, würden 500 MW ausreichen.

Bonuspunkte, wenn der "intensive Energiestrahl" ein Laserstrahl ist, der auf einem ausgestopften Hai montiert ist. (Die Haihaut müsste wahrscheinlich von der Erde importiert werden.)

Fügen Sie dem Raumschiff ein kleines solarthermisches System hinzu, zusammen mit einer kleinen Version des Batteriesystems. Senden Sie einen bescheidenen Energiestrahl vom Mond zum solarthermischen System des Schiffes, um das Raumschiff mit Energie zu versorgen.

Haben Sie Hinweise auf die Verfügbarkeit geeigneter Erze für Flüssigmetallbatterien auf dem Mond?
Das Batteriekonzept aus geschmolzenem Metall ist sehr flexibel. Eine breite Palette von Metallen ist geeignet. Das ursprüngliche Konzept war die Verwendung von Aluminium. Aluminium ist ein Element in vielen Gesteinen des Mondes.
@Ben - Ein anderes Konzept, das als "Batterie aus geschmolzenem Metall" bezeichnet werden könnte, besteht darin, ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt (wie Natrium oder Aluminium) zu schmelzen, um Energie zu speichern, und es wieder einfrieren zu lassen, um Energie freizusetzen.
Dies ist keine harte wissenschaftliche Antwort. Fügen Sie weitere technische Beweise hinzu, dass dieses System funktionieren wird.
Kleine Spitzfindigkeit, aber laut der ausgezeichneten Atomic Rockets -Site ist das optimale Material für einen ablativen Laserantrieb (was das ist) eher Graphit als ein Metall. Metall würde funktionieren, würde aber keinen so hohen spezifischen Impuls erreichen.
@Gryphon - Danke für den Link. Der Link von Artemijs zeigt, dass wir mit genügend Energie Mondoberflächengesteine ​​veredeln können, um Metalle zu erhalten. Graphit kommt auf dem Mond nicht annähernd so häufig vor. Ihr Link deutet darauf hin, dass Magnesium eine bessere Wahl sein könnte als Eisen. Außerdem sind 4.000 Sekunden spezifischer Impuls für Graphit fantastisch; wir können es uns leisten, deutlich schlechter abzuschneiden.
@Jasper, obwohl wir es uns leisten können, schlechter als 4.000 Sekunden zu sein (verdammt, meine Antwort schlägt Al-O2 mit mickrigen 285 Sekunden vor), wollen wir nicht, wenn wir nicht müssen. Dennoch ist Ihr Argument bezüglich der Seltenheit von Kohlenstoff auf der Mondoberfläche gut, und Sie haben Recht, dass ein Metall ein wahrscheinlicherer Kandidat für einen realistischen Antrieb ist.

„Die japanische Raumsonde Kaguya, die 2007 gestartet wurde, hat Uran mit einem Gammastrahlenspektrometer nachgewiesen. Wissenschaftler verwenden das Instrument, um Karten der Zusammensetzung der Mondoberfläche zu erstellen, die das Vorhandensein von Thorium, Kalium, Sauerstoff, Magnesium, Silizium und Kalzium zeigen , Titan und Eisen."

https://www.space.com/6904-uranium-moon.html

Daher ist die offensichtliche Lösung, einen Kernspaltungsreaktor auf dem Mond zu bauen und eine Uranmine zu bauen. Kernspaltung (und Kernfusion) benötigen keinen Sauerstoff, daher wird auf dem Mond keine Atmosphäre benötigt.

Kernwärmeraketen wurden als Prototypen entwickelt und von den 1950er bis 1970er Jahren (ohne Flug) getestet.

Bis heute ist noch keine nukleare Thermalrakete geflogen, obwohl die NERVA NRX/EST und NRX/XE mit Flugkonstruktionskomponenten gebaut und getestet wurden. Das äußerst erfolgreiche US Project Rover, das von 1955 bis 1972 lief, sammelte über 17 Stunden Laufzeit. Der NERVA NRX/XE, der von SNPO als der letzte "Technologieentwicklungs"-Reaktor beurteilt wurde, der vor dem Fortfahren mit Flugprototypen erforderlich war, hatte eine Laufzeit von über 2 Stunden, einschließlich 28 Minuten bei voller Leistung. Auch die russische Atom-Thermalrakete RD-0410 wurde von den Sowjets behauptet, eine Reihe von Tests auf dem Atomtestgelände in der Nähe von Semipalatinsk durchlaufen zu haben.

Dies scheint ein guter Anfang für eine Antwort zu sein, aber wie kann dies verwendet werden, um vom Mond gestartete Raumfahrzeuge anzutreiben?
@ Ben: auf sehr erschreckende Weise , würde ich vermuten.
@Ben Gemäß Ihren Metriken wäre diese Antwort auch auf der Ebene "Prototyp". Atomraketen wurden vor Jahrzehnten gebaut und getestet und als funktionsfähig erwiesen, aber aus verschiedenen Gründen nie zum Einsatz gebracht.
@Ben Meine vorherige Frage wurde gelöscht und nur ein Wikipedia-Link bearbeitet und in die Antwort von Hyperion zitiert. Im Grunde erhitzen Sie einfach ein Gas sehr heiß und schleudern es mit hoher Geschwindigkeit nach hinten. Dinge aufzuheizen ist etwas, worin Kernspaltungsreaktionen gut sind.
Das ist eine nette Antwort. Leider scheint es, als ob diese Uranvorräte wahrscheinlich nicht in ausreichend hoher Konzentration vorliegen, um nutzbar zu sein space.com/8644-moon-map-shows-uranium-short-supply.html
Dies ist keine harte wissenschaftliche Antwort. Wo sind diese Ablagerungen? Sind sie wirtschaftlich abrufbar? Was ist die Liste der Komponenten, die eine nukleare Thermalrakete verwendet? Können Sie einen starten, ohne die Umgebung zu bestrahlen?
Ich möchte auch darauf hinweisen, dass dies kein Laufwerk ist, von dem ich irgendwo in der Nähe des Startpunkts sein möchte. Unfälle mit dieser Art von Rakete verlaufen eher katastrophal.
Weniger katastrophal als Unfälle im Tschernobyl-Stil oder NTR-Unfälle auf der Erde, da der Fallout beispielsweise nicht durch die Luft getragen wird, sondern nur an wenigen bestimmten Orten niedergeht. Je nach Ausfallmodus fällt der Reaktor möglicherweise nur an einer Stelle herunter, was kein großes Problem darstellt. Das Schlimmste wäre wahrscheinlich die Auflösung des Reaktors im Flug, wodurch Material aus dem Reaktor weit weg von der Unfallstelle geschleudert würde.
Kernkraftwerke brauchen Wasser. Wasser ist auf dem Mond selten und wird neben dem Kochen in Reaktoren noch andere Verwendungszwecke haben
Funktioniert die Kernspaltungsstromerzeugung auf dem Mond? Es gibt eine Menge Abwärme aus dem Prozess. Auf der Erde entstehen dadurch die typischen Kühltürme und Anlagen, die oft entlang der Küste oder an Wasserstraßen aufgestellt werden, da sie als Kühlkörper dienen. Ich denke, dass es möglicherweise große Probleme geben wird, Abwärme in einem Mondvakuum zu entsorgen
@kingledion „Die Umwelt zu bestrahlen“ ist kein Problem. Sie befinden sich auf dem Mond, und ein bisschen streunendes Radioisotop wird ihn nicht wesentlich unbewohnbarer machen, als er bereits ist.

Die einfachste Methode, Raketentreibstoff vom Mond zu gewinnen, besteht darin, das Eis an den Polen abzubauen. Dies gibt Raketentreibstoff aus einer einzigen Mining-Quelle.

Laut Wikipedia :

Im März 2010 wurde berichtet, dass das Mini-SAR an Bord von Chandrayaan-1 mehr als 40 dauerhaft dunkle Krater in der Nähe des Nordpols des Mondes entdeckt hatte, von denen angenommen wird, dass sie schätzungsweise 600 Millionen Tonnen (1,3 Billionen Pfund) Wassereis enthalten .

Dann braucht man nur noch ein bisschen Wärme, viel Strom und die Fähigkeit, H2 und O2 zu komprimieren und getrennt zu speichern.

Sie schmelzen das Wasser und verwenden Elektrolyse, um das Wasser zu spalten.*

Wikipedia- Link für den Fall, dass Sie nicht wissen, was das ist:

Diese Technik kann verwendet werden, um Wasserstoffgas und Atemsauerstoff herzustellen. Da Wasserstoff ein wichtiger Industrierohstoff ist, wird bei weitem die meisten industriellen Verfahren Wasserstoff stattdessen aus Erdgas im Dampfreformierungsprozess erzeugen.

Dann verwenden Sie einfach die kryogene Kompression, um die Gase zur Lagerung in flüssige Form umzuwandeln.

Wenn das Eis nicht dort ist, wo Sie Raketen starten möchten, ist es einfach, das Eis zum Startbereich zu transportieren. Ich würde das dem Transport der Gase O2 und H2 vorziehen. Zum einen verdunstet Eis bei einem Ausfall des Transports viel langsamer als tiefkalte Flüssiggase.

*Wann wurde der Begriff von Cracking Water zu Splitting Water geändert? Eine Suche nach "Crack Water" ergab eine ganze Reihe von Links, nach denen ich nicht gesucht habe.

Obwohl Wassereis eine gute Lösung ist, hat es eine Reihe ärgerlicher Eigenschaften, darunter, dass es nur an den Polen gefunden wird, die der schlechteste Ort zum Starten und Landen sind, was bedeutet, dass Sie entweder Eis zum Mondäquator schleppen oder Schiffe starten müssen in polare Umlaufbahnen. Eine weitere ärgerliche Sache ist, dass es nur an dauerhaft schattigen Orten zu finden ist, wo Sie keine Sonnenenergie zum Brechen des Eises bekommen können, also müssen Sie es zuerst aus dem Krater holen, und selbst dann ist die Sonnenenergie an den Polen viel geringer als am Äquator, daher dauert es lange, den Kraftstoff aufzuteilen.
@Gryphon, deshalb habe ich über den Transport des Eises gesprochen. Außerdem könnten die Pole der beste Ort sein, um Strom zu erzeugen. So wie es Krater gibt, die permanente Schatten haben, gibt es Gipfel, die nahezu durchgehend Sonnenlicht haben. Das würde es ermöglichen, fast das ganze Jahr über zu splitten.
Es gibt auch das Problem, dass das Eis (zumindest das bisher beobachtete Eis) eine ziemlich geringe Konzentration aufweist. Sie müssten einige wesentliche Verfeinerungen vornehmen, bevor Sie überhaupt mit dem Teilen des Wassers beginnen.
Ein weiteres Problem ist, dass Wasser auf dem Mond in einem solchen Szenario wahrscheinlich eine sehr wertvolle Ressource zu sein scheint – daher ist es möglicherweise nicht wirtschaftlich, es als Raketentreibstoff zu verwenden.
@Ben mit 600 Millionen Tonnen davon ist es nicht so, dass es nicht genug gibt, um herumzukommen. Wenn meine Rechnung stimmt, reicht das aus, um mehrere Jahrtausende lang jeden Tag ein Space Shuttle zu starten. Natürlich muss die Extraktionsrate berücksichtigt werden, aber bei der bloßen verfügbaren Menge würde uns das nicht so schnell ausgehen (wenn Sie die 600-Millionen-Tonnen-Schätzung akzeptieren, aber ich bezweifle, dass sie um mehr als eine Größenordnung abweicht oder so).
@Ben, der Start vom Mond ist ein Sprungbrett zum Abbau von Eis von den Asteroiden. Sobald wir dort ankommen, können wir den Mond mit Zinsen zurückzahlen.
@Gryphon, ja, sie müssten viel Gestein verarbeiten, aber der Veredelungsprozess ist so einfach wie das Führen durch ein transparentes Rohr mit einem darauf gerichteten Parabolspiegel, um das Eis zu schmelzen oder zu verdampfen. Eine in das Rohr gesteckte Kondensatorschlange (außer Reichweite der Hitze) würde dann einen Eiszylinder bilden, der in einem verschlossenen Behälter wiedergewonnen werden könnte. Kein Druck nötig, nur Sonnenlicht und ein Förderband.
@ShadoCat das stimmt, aber es bedeutet, dass mehr Energie benötigt wird, um das Eis abzukochen, und mehr Regolith abgebaut und verarbeitet werden muss. Es ist kein Show-Stopper, aber es reduziert die Effizienz und Geschwindigkeit der Produktion.
@Gryphon, Geschwindigkeit vielleicht, aber mit dem Spiegel ist das Kochen im Wesentlichen kostenlos. Nach den Anlaufkosten besteht der Betrieb der gesamten Verarbeitungsanlage nur aus dem Einschieben von Erz und dem Entfernen von trockenem Erz und Eiszylindern. Das sollte eine langsame, stetige Versorgung mit Treibstoff liefern, um einen guten Eisasteroiden zu finden. Ich sehe es als den wirtschaftlichsten Weg, um mit dem Asteroidenabbau zu beginnen.
@ShadoCat Es ist hauptsächlich die Tatsache, dass Sie viel Regolith verarbeiten müssen. Über tausend Tonnen davon pro Tonne Eis, wenn diese Quelle stimmt. Asteroidengürtel-Missionen werden Tausende, wenn nicht Zehntausende Tonnen Treibstoff erfordern, also ist eine ganze Menge Regolith zu verarbeiten. Wenn Ihr Solarwasserabscheider ein Kilogramm Erz pro Sekunde verarbeiten kann, dauert es über elfeinhalb Tage pro Tonne produzierten Brennstoffs, vorausgesetzt, Sie können ihn konstant am Laufen halten.
@Gryphon, vielleicht kombiniere meine Idee mit Bens unten. Verwenden Sie den Wasserstoff für das schwere Heben und den Ionenmotor, um an den Gürtel zu gelangen.
@ShadoCat das könnte funktionieren, wenn es auf dem Mond genug leicht ionisierbares Treibmittel gibt. Tut mir leid, wenn es scheint, dass ich übermäßig kritisch bin, ich versuche nur, mögliche Probleme herauszufinden. Ich kann manchmal übermäßig pingelig werden, also ja, tut mir leid.
@Gryphon, NP. Ich bin kein Experte für irgendetwas davon. Ich bin kein Wissenschaftler. Meine Fachgebiete sind Betriebs- und Volkswirtschaftslehre. Ihre Kritik hat mich dazu gebracht, über einige Dinge nachzudenken, die mir nicht eingefallen waren.

Solarenergie kombiniert mit Ionenmotoren und einem Massetreiber:

Energiequelle

Es ist denkbar, dass Solarenergie verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben und sowohl die Bordenergie als auch den Antrieb bereitzustellen.

Solarenergie ist bereits weit verbreitet, wobei bis 2015 weltweit Solarmodule installiert wurden, die ausreichen, um 227 Gigawatt Strom zu liefern.

Der Hauptbestandteil der meisten Photovoltaikzellen ist Silizium . Dies ist das zweithäufigste Element auf der Mondoberfläche, es existiert jedoch eher in verschiedenen Erzen als in der relativ reinen Form, die für Sonnenkollektoren auf der Erde verwendet wird. Ein Verfahren zur Gewinnung von Silizium aus diesen Erzen wäre erforderlich. Ein solches Verfahren wurde vorgeschlagen .

Antrieb im Weltraum

Für den Antrieb im All könnten Solarpanels mit Ionenantrieben kombiniert werden – eine Technologie, die bereits umgesetzt wurde . Ionenantriebe erfordern ein Treibmittel, hierfür wurde eine Reihe von Elementen verwendet oder vorgeschlagen, einschließlich Xenon, Argon, Jod, Quecksilber und Wismut. Designs wie VASMIR könnten theoretisch praktisch jedes Material als Treibmittel verwenden. Damit sollte es möglich sein, einen geeigneten Treibstoff auf dem Mond zu finden.

Antrieb zum Starten

Ionenantriebe liefern jedoch nicht genügend Schub, um der Schwerkraft des Mondes zu entkommen. Dies könnte erreicht werden, indem das Fahrzeug auf einer Schiene mit Linearmotoren beschleunigt wird, wie es in Magnetschwebebahnen auf der Erde implementiert ist. Es gibt viele Implementierungen für den Transport auf der Erde, aber bisher wurde dies nicht verwendet, um ein Fahrzeug auf Fluchtgeschwindigkeit vom Mond zu bringen. Ein solches Startsystem wurde für den Einsatz auf der Erde vorgeschlagen, wo der Luftwiderstand und eine viel höhere Fluchtgeschwindigkeit Herausforderungen darstellen, die auf dem Mond nicht anzutreffen sind.

Zusammenfassung

Sonnenkollektoren könnten verwendet werden, um Antriebssysteme mit Strom zu versorgen, die mit Strom betrieben werden können. Ionenantriebe stellen ein solches Antriebssystem für den Einsatz im Weltraum bereit, und Massenantriebe stellen ein solches System für den Start bereit.

Andere Punkte, die diese Antwort verbessern würden, die ich aber nicht aufnehmen kann: Informationen zur Machbarkeit der Herstellung von Batterien auf dem Mond und Informationen zu den Elementen, die zum Bau eines Ionenmotors erforderlich sind. Gibt es auf dem Mond auch nutzbare Quellen für Xenon, Argon, Jod, Quecksilber oder Wismut?
Genau. Warum sich mit teuren chemischen Treibmitteln herumschlagen, wenn man einfach ein Weltraumkatapult bauen kann, um ein ionengetriebenes Raumschiff direkt in die Umlaufbahn zu bringen? Allerdings muss das Katapult noch recht groß sein, da man auf über 6000 km/h beschleunigen muss und der Ionenantrieb stark genug sein muss, um das Perizentrum der Umlaufbahn innerhalb der ersten zwei Stunden aus der Gefahrenzone zu heben Flug. Je höher die Endgeschwindigkeit des Katapults ist, desto mehr Zeit hat der Ionenantrieb, um seine Arbeit zu verrichten.

Magnetischer Antrieb. Für 6 Tage jeden Monat.

Magnetschweif der Erde

https://www.nasa.gov/images/content/222898main_orbit2_20080416_HI.jpg

Der Mond bewegt sich auf seiner Bahn durch das Magnetfeld der Erde. Sobald sie sich im Feld befinden, könnten sich mondgestützte Raumfahrzeuge durch elektromagnetischen Antrieb fortbewegen. Das ist keine Science-Fiction.

https://en.wikipedia.org/wiki/Electrodynamic_tether

Elektrodynamische Tether (EDTs) sind lange leitende Drähte, wie sie beispielsweise von einem Tether-Satelliten eingesetzt werden, die nach elektromagnetischen Prinzipien als Generatoren arbeiten können, indem sie ihre kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln, oder als Motoren, die elektrische Energie in kinetische Energie umwandeln. 1 Elektrisches Potential wird über einem leitfähigen Band durch seine Bewegung durch das Magnetfeld eines Planeten erzeugt.

Raumschiffe mit Batterien (die an den anderen 24 Tagen des Monats durch Sonnenkollektoren aufgeladen werden) laden ihre langen Seile auf und verwenden sie, um sich fortzubewegen und während ihres monatlichen Besuchs gegen das Erdfeld zu drücken.

Längere und energiereichere Halteseile könnten den ganzen Monat über verwendet werden, um gegen das relativ schwächere elektromagnetische Feld der Sonne und die geladenen Teilchen des Sonnenwinds zu drücken.

Obwohl dies eine interessante Idee für das Manövrieren im Weltraum ist, bin ich mir ziemlich sicher, dass es nicht genug Schub liefern wird, um von der Mondoberfläche abzuheben (Sie können mich gerne korrigieren, wenn ich falsch liege). Welchen Mechanismus würden Sie vorschlagen, um überhaupt eine Umlaufbahn zu erreichen?
Elektrostatischer Antrieb ist etwas anderes, aber es reicht anscheinend aus, damit Staub von der Mondoberfläche abhebt und herumfliegt. space.com/35240-moon-dust-levitates-nasa-study.html Also zum Abheben - elektrostatische Abstoßung vom Mond. Zum Herumfliegen: elektrodynamischer Antrieb.

Ich empfehle dringend zwei Bücher, die in den 70er Jahren erschienen sind

G. Harry Stine „Die dritte industrielle Revolution“

und

Heppenheimers „Kolonien im Weltraum“

Ich sehe beide regelmäßig in Antiquariatsläden.

Stines Vorstellung war, dass man orbitale Energiesatelliten baut, die Mikrowellenenergie nach unten zu einer Empfangsantenne auf der Erde strahlen. Sie verwenden Phased Array, um den Strahl schmal zu halten. Nein, die Energie reicht nicht aus, um Sie zu kochen, wenn Sie sich auf der Empfangsantenne befinden.

Material wird auf dem Mond abgebaut und mit einer Railgun zu einem Lagrange-Punkt geschleudert. Dort wird es mit kilometerlangen Sonnenspiegeln zerlegt. Ein Großteil des Abfalls ist Kieselsäure – die aufgeschäumt und als strukturelle Füllung verwendet werden kann. Aluminium ist das wichtigste Konstruktionsmaterial. Ein Teil der Kieselsäure wird zu Silizium (Solarzellen) und Sauerstoff (Atmung) abgebaut. Wasserstoff ist knapp. Aber wenn Sie Sauerstoff herstellen können, müssen Sie nur 1/8 der Menge an Raketentreibstoff versenden, die Sie zuvor verbraucht haben. Und vielleicht haben diese Polarkrater auf dem Mond Wasser in sich.

Stine überzeugt. Er hat einen technischen Hintergrund und hatte Zugang zu verschiedenen Think-Tank-Berichten von Unternehmen wie der Rand Corporation.

Kolonien im Weltraum ist etwas weiter draußen und es geht mehr darum, mehr als ein Arbeitslager in Null-G zu errichten.

Eisen scheint auf dem Mond Mangelware zu sein. H. schlägt eine Atomrakete vor. Baue einen Kernreaktor, der heiß genug wird, um Kies in heißes Gas umzuwandeln. Sie können Asteroiden dann bewegen, indem Sie eine solche Rakete und einen Kiesbrecher landen. An diesem Punkt glaube ich nicht, dass wir einen Atommotor bauen können, der direkt bei diesen Temperaturen arbeitet. Macht Strom, macht ein Plasma. Plasma elektrisch beschleunigen. Auf diese Weise können Sie einen enormen spezifischen Impuls erhalten. Es ist nicht schwer, Plasma auf einen respektablen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu bringen. Es ist jedoch effizienter, mehr Masse auf eine niedrigere Geschwindigkeit zu beschleunigen.

Seien Sie sich Ihrer Flugbahnen sicher. Ich möchte nicht aus Versehen einen 3-Meilen-Felsen auf die Erde werfen.

Der am einfachsten herzustellende Treibstoff auf dem Mond wäre ALICE oder eine Aluminium-Nanokraft, die mit Eis gemischt wird. Sauerstoff und Wasserstoff müssen nicht aus dem Wasser abgetrennt werden.

ALICE-Raketentreibstofftests

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von reinem Wasser, das mit einem Kernreaktor erhitzt wird, um eine Dampfrakete herzustellen. Dies hat nicht den spezifischen Impuls von Wasserstoff/Sauerstoff, was bedeutet, dass es nicht so viel Impulsänderung pro Masseneinheit des Treibmittels liefert, aber es hat eine Reihe großer Vorteile: Sie müssen sich keine Gedanken über den Umgang mit kryogenen Kraftstoffen machen Raumfahrzeug ist einfacher, der Treibstofftank kann nur eine Blase sein usw.

Dampfrakete angetrieben durch Mondwasser

Natrium in nuklearen Thermalraketen oder dasselbe Natrium als Remass in einer Aluminium-Sauerstoff-Hybridrakete.

Natrium mit einer Atommasse von 23 eignet sich überraschend gut als NTR-Treibmittel. In der Nähe des Schmelzpunkts von Urandioxid arbeitend, produzierte das genannte Treibmittel knapp über 300 Sekunden ISP. Äquivalent zu modernen speicherbaren Treibstoffen in Bezug auf den spezifischen Impuls.

In Kombination mit einem Graphitmoderator erreicht der ISP 340 bis 350 s, hoch genug für die meisten Übertragungen und sicherlich genug, um nahe gelegene Planeten zu erreichen.

Das Natrium kann als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Mond-Feldspatgestein zu Aluminium-Baumaterial und Atemsauerstoff gewonnen werden.

Natrium in einer Reaktion von Aluminium und Sauerstoff erhöht die thermischen Eigenschaften der Wolke erheblich und erzeugt eine ISP-Bewertung von etwa 360 bis 370 s. Dies ist für einen Jupiter-Transfer praktikabel.

Sie können auch Lithium aus Mondgestein ernten und in flüssigem Sauerstoff verbrennen. Dies bietet mehr als 550 Sekunden ISP, was ausreicht, um eine interplanetare Invasion zu senden. Lithium eignet sich auch gut als Treibmittel für (Artillerie-)Geschütze und als Energiestoff in Sprengstoffen.

Schließlich können Natrium und Lithium als Treibmittel für elektrische Antriebe verwendet werden, die von aus Mondgestein herstellbaren Silizium-Solarmodulen angetrieben werden können. Oder ein Spaltreaktor muss von der Erde verschifft werden.

Es wird jedoch nicht zu teuer sein, nur das Uran 233 zu schicken, zumindest nicht so teuer, wie alle Treibmittel zum Mond zu schicken. Dies macht den gesamten Kraftstoffherstellungsprozess wirtschaftlich.

Auf dem Mond gibt es Thorium-Erz, also wird die Kernkraft angesagt sein. Bauen Sie den Reaktor auf dem Mond, und Sie können Weltraumdienste sogar zurück zur Erde verkaufen!

Zusammenfassend lässt sich sagen, verwenden Sie Alkalimetalle, um den Wasserstoff zu ersetzen, und es sollte nicht zu schwer sein, Raumschiffe auf dem Mond zu bauen.

Die Frage hat das Hard-Science-Tag, was bedeutet, dass die Antworten durch Zitate untermauert werden sollten. Können Sie solche bereitstellen?
Alle oben angegebenen Energie- / spezifischen Impulsprofile werden mit Children of a Dead Earth , dem realistischsten Weltraumkampfsimulator, unter Verwendung realer Formationsenthalpien / Standardentropiedaten berechnet. Die Kosten der Elemente/Materialien werden anhand von Daten aus der realen Welt zum Mondboden / zur Sonnenhäufigkeit der Elemente berechnet. Es wird davon ausgegangen, dass die Stromerzeugung und -veredelung an der Oberfläche stattfindet und daher für diese Berechnung irrelevant ist.

Leichtes Abweichen von derzeit verfügbaren Technologien zu solchen, die möglich, aber noch nicht erreicht sind ...

Die Mondoberfläche ist reich an Helium-3, wenn also ein Helium-3-Fusionsantrieb entwickelt wird, gibt es reichlich Brennstoff dafür.

https://www.esa.int/Our_Activities/Preparing_for_the_Future/Space_for_Earth/Energy/Helium-3_mining_on_the_lunar_surface

Die obersten Zentimeter der Mondoberfläche enthalten Helium-3 im niedrigen zweistelligen Milliardenbereich. Außerdem können Sie alle Vorteile der He-3-Fusion mit der p/B-11-Fusion nutzen, ohne einen Brennstoff verbrennen zu müssen, der das Aufkratzen und Verarbeiten von Milliarden Tonnen Mond-Regolith erfordert.

Alles in allem gibt es, obwohl es viele mögliche Antworten gibt, nur eine wirklich richtige Antwort.

Tritium

Tritium ist mit Abstand eine der besten Brennstoffquellen im Sonnensystem. Uran ist radioaktiv und erfordert eine massive Infrastruktur zum Betrieb. Kohlenwasserstoffe haben lästige Nebenwirkungen und sind einige der am wenigsten effizienten Brennstoffquellen für den Aufwand, und Solarenergie erfordert viel Arbeit, nur um eine kleine Menge (wenn auch nicht mit Brennstoff betriebene) Energie zu erhalten.

Tritium ist in Bezug auf Brennstoffe ziemlich sicher und wird ständig in großen Mengen von der Sonne abgestrahlt. Es ist energiedicht und kann weitgehend unverändert "verbrannt" werden (was zu Wasserstoff führt, der ... einfach wieder verbrannt werden kann). Es reagiert jedoch mit der Erdatmosphäre und verwandelt es in altmodisches H2 (auch bekannt als Wasserstoff), so dass Tritium auf der Erdoberfläche nutzlos ist und deutlich mehr wert ist als sein Gewicht in Gold und niemals als Brennstoffquelle verwendet wird.

Der Mond hingegen ist ein Tritiumschwamm. An einem Tag, an dem eine einzelne Person erntet, könnte sie genug Tritium ernten, um die Reise zum Mond zu bezahlen. In einem Jahr könnte es das gesamte bisherige Weltraumprogramm unserer Welt abdecken. Und das ist, bevor Sie eine ernsthafte Infrastruktur zum Sieben von Tritium in Gang setzen.

Es ist eine so lächerliche Goldrausch-ähnliche Gelegenheit, dass jedes Multi-Millionen-Dollar-Unternehmen, das nicht versucht, zum Mond zu fliegen, dumm ist.

Ich möchte darauf hinweisen, dass der Grund für den hohen Preis von Tritium seine Seltenheit ist. Wenn ein Unternehmen zum Mond fliegen und Tonnen von dem Zeug zurückbringen würde, würde der Preis fallen, und die Ladung wäre höchstens ein paar Dollar pro Gramm wert. Das Apollo-Programm und sein Vorläufer Gemini kosteten 2019 insgesamt 288 Milliarden Dollar. Selbst wenn wir davon ausgehen, dass es uns gelingt, diese Kosten für eine zweite Reihe von Mondmissionen um das Hundertfache zu senken, kann es sich auf keinen Fall durch den Rückversand von Tritium amortisieren.
Nur ein kleiner Nitpick zu Ihrer Aussage, dass "jedes Multi-Millionen-Dollar-Unternehmen, das nicht versucht, zum Mond zu fliegen, dumm ist". Tut mir leid, wenn es ein bisschen zu einem Geschwätz geworden ist.
@Gryphon Es ist eigentlich im selben Boot wie Aluminium. Damals in den frühen Tagen der USA konnte Aluminium nicht hergestellt werden, man konnte nur Glück haben und es rein abbauen. Es war buchstäblich mehr wert als sein Gewicht in Gold und wurde als eines der wertvollsten Mineralien auf dem Planeten angesehen (was es zu einer großen Sache machte, dass sie das Washington Monument damit bedeckten). Dann wurde die billige Aluminiumproduktion erfunden, und der Preis für Aluminium PRO PFUND sank, ja, aber der Wert der Aluminiumindustrie schoss in die Höhe. Der Grund dafür ist, dass eine regelmäßig verwendete Substanz eine wertvollere Industrie als eine Seltenheit ist.
@Gryphon und da eine Branche mit einer anfangs seltenen Ressource wächst, sind die Gewinnspannen verrückt, insbesondere je nützlicher sie ist. Und da Tritium der beste Brennstoff ist und andere Verwendungen hat, fällt es fester in diese Kategorie als alles andere in der Geschichte. Die Nachfrage würde die Produktionssteigerungen übersteigen. Mit der Extraktionsmethode, die buchstäblich den Weg in eine andere Welt beinhaltet, bedeutet dies, dass die Gewinnspanne UND die geringe Konkurrenz, was bedeutet, dass die Gewinnmargen einfache Raritäten wie einen Witz erscheinen lassen würden.
@Gryphon Und um das Ganze abzurunden, wäre es eine Energie- / Kraftstoffindustrie, die ihr die Nachfragesteigerungsprojektion von Öl verleiht. Kurz gesagt, das erste Unternehmen, das Tritium Moon Mining zu einer Sache machen kann, wird innerhalb eines Jahrzehnts DAS wohlhabendste Unternehmen der Welt sein, ohne Zweifel. Es ist ein perfekter Sturm wirtschaftlicher Möglichkeiten.
@Gryphon und wenn man bedenkt, dass Tritium energiedicht genug ist, um herkömmliche Raketentreibstoffe in den Schatten zu stellen, würde es dieses Unternehmen nicht nur irdisch superreich machen, sondern wie das Sprichwort sagt: „In einem Goldrausch jagen Sie nicht nach Gold, verkaufen Sie das Spitzhacken." Sie würden die Spitzhacken eines neuen Goldrausches im Weltraumzeitalter verkaufen, der entstehen würde und Dinge wie dieses kleine Juwel liefern würde: foxnews.com/science/…
Ein paar Punkte: Der Grund, warum der Wert der Aluminiumindustrie in die Höhe geschossen ist, war, dass, wie Sie sagen, "die billige Aluminiumproduktion erfunden wurde". Betonung auf dem Wort "billig". Sagen wir, wir starten eine zweite Reihe von Mondmissionen. Angenommen, wir schaffen es durch ein Wunder der Technik, den Preis vom ersten Mal an um das 100-fache zu senken. Das heißt, es kostet etwa 29 Milliarden Dollar. Nehmen wir an, wir schaffen es auch, mehr für das Sammeln von Mondproben zu optimieren, doppelt so viel zurückzubringen wie damals, irgendwie auch Ausrüstung mitzubringen, um das Tritium zu veredeln, also bringen wir es rein zurück, alles zu 1/100 der ursprünglichen Kosten.
Beim ersten Mal haben wir 842 Pfund Mondmaterial mitgebracht. Wir haben das irgendwie verdoppelt, also bringen wir 1.684 Pfund zurück. Der aktuelle Preis für Tritium liegt bei etwa 15 Millionen pro Pfund. Dies gibt uns einen Gesamtumsatz aus dem Verkauf unserer 1.684 Pfund Tritium von 25,26 Milliarden. Das bedeutet, dass unser Gesamtgewinn -3,74 Milliarden Dollar beträgt. Und dies ist ein Szenario, in dem wir einen magisch günstigen Start haben, Tritium-Raffinationsausrüstung ohne zusätzliche Kosten mitnehmen und doppelt so viel Zeug zurückbringen wie beim ersten Mal. Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Abbau von Mond-Tritium in naher Zukunft nicht rentabel sein wird.
Darüber hinaus setzt dies voraus, dass wir den Tritiumpreis irgendwie stabil gehalten haben, obwohl wir 1.684 Pfund eines Materials, das normalerweise eine Produktion von etwa 2 Gramm pro Jahr hat, auf den freien Markt geworfen haben. Wenn Tritium eine brauchbare Substanz wäre, die zu dem Preis hergestellt werden könnte, den der Mondabbau erfordert, würden wir Tonnen davon herstellen, weil wir es auf der Erde bereits billiger machen können.
@Gryphon Zunächst einmal kostet ein schwerer SpaceX Falcon, der die erforderliche Leistung für eine Mondmission hat, nur 90 Millionen. Ein auf dem Mond basierender Weltraumaufzug kann mit aktueller Technologie gebaut werden, die die LiftPort-Weltraumgruppe auf etwa 100 Millionen schätzt, die die Landung auf dem Mond, die Bergung und die Rückkehr zum umkreisenden Schwergewicht abdeckt. Die Mining-Ausrüstung ist ein einfacher Schaufel- und Filterbot, Sie sehen 100.000 (Sie müssen nur geduldig sein, damit es funktioniert.) Sie sehen ein vollständig wiederverwendbares Setup mit 200,2 Millionen, NICHT 29 Milliarden. Sie sind um zwei Größenordnungen daneben, wobei die zweite Fahrt effektiv kostenlos wird.
@Gryphon Da der Falcon Heavy wiederverwendbar ist, ist es auch der Weltraumaufzug, und der Bot kann weiter graben und sichten, während Sie weg sind, und der Falcon Heavy kann aufgetankt und umgerüstet werden, um einen Teil des abgebauten Tritiums zu verwenden (was seinen Start reduziert). die Treibstoffkosten erheblich, was eine VIEL größere Nutzlast ermöglicht), was bedeutet, dass der effektiv kostenlose zweite Start VIEL mehr Bergbauausrüstung transportieren kann. In den ersten zwei oder drei Fahrten könnte die Tritium bei richtiger wirtschaftlicher Führung zum vollen Preis mit viel mehr als fünffacher Frachtkapazität bei der Rückkehr verkauft werden. Sie sehen einen reinen Gewinn von fast 500 Milliarden US-Dollar
@Gryphon Und das ist nur in den ersten 3 Missionen. In einem Jahr könnte dieses Unternehmen leicht in Billionen reiner Gewinne sein. Innerhalb eines Jahrzehnts könnte das Unternehmen leicht das erste Unternehmen sein, das die 10-Billionen-Dollar-Marke durchbricht.
...Tritium wird nicht von der Sonne produziert und ist auf dem Mond nicht in nennenswerter Menge vorhanden. Auch seine Eigenschaften sind überhaupt nicht wie beschrieben: Es verbrennt in Sauerstoff zu Tritiumwasser, aus dem es wie normaler Wasserstoff wieder gewonnen werden kann. Es ist nicht besonders sicher, da es sich um ein radioaktives Wasserstoffisotop handelt, das im Körper gerne den Platz von Wasserstoff einnimmt. Es ist in erster Linie für zwei Dinge nützlich: Sie können es mit Deuterium in einer der praktischeren Fusionsreaktionen verschmelzen, um Energie zu erzeugen, oder Sie können es in Helium-3 zerfallen lassen, das zahlreiche wissenschaftliche Anwendungen hat.
Messe. Obwohl sie keineswegs dasselbe sind, da Tritium auf natürliche Weise in Helium-3 zerfällt, mache ich oft den Fehler, sie austauschbar zu verwenden, und das ist niemandes Schuld außer der Faulheit meines eigenen Gehirns (Hinzufügen der Eigenschaften von He3 zu Tritium) zu sein fair, He3, das auf dem Mond dominanter ist als Tritium, was bedeutet, dass es auch dort abgebaut werden kann. Allerdings produzieren Sterne, einschließlich unserer Sonne, Tritium in ihrem Kern, das dann später emittiert wird, und der Mond ist ein anständiger „Schwamm“, der es auffängt.
Die Bedingungen in Sternkernen verbrennen jegliches Tritium in Fusionsreaktionen schneller, als es produziert werden kann. Selbst die schwereren Braunen Zwerge verbrauchen ihr gesamtes Deuterium und Lithium in schwierigeren Reaktionen. Was He-3 betrifft, so reagiert es mit der Erdatmosphäre nicht, kann nicht verbrannt werden, um Wasserstoff zu erzeugen, ist möglicherweise nur als Energiequelle in viel schwierigeren Fusionsreaktionen als den heute verfolgten nützlich (was nicht sehr nützlich wäre, um es zu bekommen Raketen vom Mond), und es gibt nur etwa 10-20 Teile pro Milliarde im Mond-Regolith, und das nur in den obersten paar Zentimetern.
Die einzige wirkliche Schwierigkeit bei He-3 als Fusionsreaktion besteht darin, dass es heißer läuft als andere Fusionsreaktionen, eine Temperatur, die nicht nur seine Energieabgabe aufrechterhalten kann, sondern das darin zerfallende Tritium kann verwendet werden, um den Prozess anzukurbeln. Da es keine Radioaktivität erzeugt, ist es außerdem für nacktere Reaktoren viel praktikabler, was eine Gewichtsreduzierung bei der endgültigen Implementierung ermöglicht. Und selbst wenn es nur 10 Teile pro Milliarde in den oberen paar Zentimetern waren (umstritten, was ich in Papieren gesehen habe, deutet auf eine viel höhere Häufigkeit hin), sind es immer noch Größenordnungen mehr als auf der Erde
Ganz zu schweigen davon, dass der Bergbau auf dem Mond wahnsinnig einfacher ist als auf der Erde. Im Gegensatz zur Erde, auf die das Wetter schon immer prasselte, hat der Mond keine Atmosphäre. Auf dem Mond ist es eine einfache Sache, zu schaufeln und zu drehen und die gewünschten Elemente auszuwählen. Ganz zu schweigen davon, dass He3 nur eines der wertvollsten davon ist. So ziemlich der gesamte Regolith besteht aus nicht oxidierten Mineralien, die bereit sind und auf die Trennung und Umwandlung in industrielle Prozesse warten.
Tritium ist für das "Kickstarten" der He-3-Fusion nicht nützlicher als jede andere Energiequelle zum Starten eines Fusionsreaktors, und die He-3-Fusion ist nicht die einzige aneutronische Reaktion: Die p-B11-Fusion ist aneutronisch und nicht abhängig auf knappe Brennstoffe. Was den Bergbau betrifft, so ist die Konzentration auf der Erde durch Verwitterung der Grund, warum viele Erzvorkommen existieren. Auf dem Mond sind die Mineralien nicht nur meist genauso oxidiert wie auf der Erde, im Regolith sind sie alle durcheinander und Sie müssen wahrscheinlich auf hochenergetische Prozesse wie die Elektrolyse von geschmolzenen Oxiden zurückgreifen, um sie zu trennen.

Obwohl es nicht wirklich ein Treibmittel ist, gibt es keinen Grund, warum wir den Weltraum nicht (zumindest zunächst) auf ähnliche Weise erkunden würden, da wir als Zivilisation begonnen haben, die Meere mit Segeln zu erkunden.

Geben Sie Solarsegel ein: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_sail

Eine andere Idee wäre, den Mond in einen „Laserstrahl-Igel“ zu verwandeln und mit leistungsstarken Lasern Raumschiffe ähnlich wie ein Sonnensegel durch unser Sonnensystem zu treiben.

Ansonsten ist der derzeit beste konventionelle Motor immer noch der Wasserstoffmotor: https://www.nasa.gov/topics/technology/hydrogen/hydrogen_fuel_of_choice.html Er (flüssiger Wasserstoff) müsste allerdings aus Wasser gewonnen werden Eis aus dem Asteroidengürtel abgebaut und zum Mond transportiert.

Ich mag die Idee, Ressourcen aus anderen Teilen des Sonnensystems zu verwenden. Obwohl es nicht ganz dem Buchstaben der Frage entspricht, bekommt es den Geist davon. Wie würden die Laser betrieben werden?
@Ben und Antworter: Beachten Sie, dass ein mit Sonnensegeln angetriebenes Fahrzeug im Gegensatz zu Segelbooten (gemäß der Analogie) nur von der Lichtquelle weg beschleunigen kann. Das bedeutet, dass ein Sonnensegel-Raumschiff eingeschränkter ist als ein Segelboot. Ein Segelboot kann entgegen dem gesunden Menschenverstand gegen den Wind segeln - allerdings nur schräg gegen den Wind bis ca. 45 Grad vom Wind weg, nicht direkt in den Wind bei 0 Grad davon. Dies ist keine allumfassende Straßensperre und könnte dennoch nützlich sein, aber es muss Teil aller Planungen sein (z. B.: Wie werden wir anhalten, wenn wir ankommen?)
Sonnensegel haben ein Schub-zu-Gewicht-Verhältnis von weit weniger als 1. Sobald Sie sie in die Umlaufbahn gebracht haben, haben Sie sicher eine treibstofffreie Möglichkeit, überall hin zu gelangen. Aber was werden Sie verwenden, um sie zu starten?
Wie hebt man mit einem Sonnensegel von der Erdoberfläche ab? Dies ist keine wissenschaftliche Antwort, fügen Sie weitere technische Beweise hinzu, dass Ihr Plan durchführbar ist.
@Aaron, obwohl man nicht direkt auf die Lichtquelle stoßen kann, kann man "heften", um seine Umlaufbahn zu verlangsamen und der Schwerkraft der Lichtquelle zu erlauben, einen hineinzuziehen.
@Loduwijk: Reflektierende Sonnensegel erzeugen einen Schub normal zum Segel und können das Segel zum "Wenden" neigen.
@ChristopherJamesHuff Das erklärt nicht, wie man in die entgegengesetzte Richtung wie das Licht gehen würde. Segelschiffe können wegen des Kiels auf dem Wasser teilweise in den Wind drehen. Wenn Raumfahrzeuge etwas im Weltraum hätten, gegen das sie auf die gleiche Weise reagieren könnten, dann sicher, aber wir nicht. Wie werden Sie in Richtung der Lichtquelle heften? Das Beste, was Sie tun können, ist, es zu verwenden, um Sie in einem fast, aber kaum weniger als 90-Grad-Winkel von der Lichtquelle zu beschleunigen, aber immer noch vom Licht wegzudrücken, nicht auf es zu. Es sei denn, ich vermisse etwas, was großartig wäre.
Beim Sonnensegeln im Sonnenorbit emittiert die Sonne sowohl Licht als auch Schwerkraft. Winkeln Sie Ihr Segel an, um Ihre Umlaufgeschwindigkeit zu verringern, und Sie bewegen sich auf die Sonne zu. Beim Strahlsegeln wird etwa die Hälfte Ihrer Interaktionen mit einer Strahlstation eine Flugbahn beinhalten, die sich dieser ungefähr nähert, und das Anwinkeln des Segels kann eine solche Flugbahn trivialerweise näher an die Strahlstation biegen. Abgesehen davon können Sie Ihr Segel wieder anwinkeln, um Ihre Umlaufbahn um die Strahlstation herum oder auf der Oberfläche nach Belieben anzupassen, einschließlich Anheben oder Absenken Ihrer Umlaufbahn, um näher an die Strahlstation heranzukommen.
Wie können auf dem Mond hergestellte Raumfahrzeuge angetrieben werden?
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