Die Erforschung des Mondes könnte bald eine neue Dimension erreichen mit dem Abbau einer seltenen Ressource: Helium-3. Mehrere Raumfahrtunternehmen erwägen, unseren Trabanten in einen Bergbaustandort zu verwandeln, doch die wirtschaftliche und technische Machbarkeit dieser Projekte wirft viele Fragen auf.
Helium-3 ist ein leichtes Isotop des Heliums, das auf der Erde nur in winzigen Mengen vorkommt, auf dem Mond jedoch häufiger ist. Es sammelt sich im lunaren Regolith, dieser Schicht aus Staub und Trümmern, die die Oberfläche bedeckt, nachdem es Milliarden von Jahren lang vom Sonnenwind transportiert wurde. Meteoriteneinschläge haben diesen Regolith mehrere Meter tief durchmischt und das Helium-3 ungleichmäßig verteilt. Seine genaue Ortung stellt eine große technische Herausforderung dar, da herkömmliche Prospektionsmethoden Schwierigkeiten haben, diese Vorkommen effizient zu lokalisieren.
Eine Darstellung des Interlune Harvester, der in Partnerschaft mit Vermeer entwickelte Abbaumaterialien integrieren wird.
Bildnachweis: Interlune Das Unternehmen Interlune, gegründet im Jahr 2020 mit der Expertise ehemaliger Blue Origin-Techniker, positioniert sich als Pionier in diesem Wettlauf um Mondressourcen. Unter der Leitung von Rob Meyerson und beraten vom Astronauten und Geologen Harrison Schmitt, entwickelt es Bagger, die 100 Tonnen Regolith pro Stunde verarbeiten können. Ihr unmittelbares Ziel ist es, Helium-3 für Quantencomputer bereitzustellen, wo es als essenzielles Kühlmittel dient, um die Chips bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt zu halten. Bluefors, ein Hersteller kryogener Systeme, hat sich bereits verpflichtet, bis zu 10.000 Liter pro Jahr zu kaufen.
Ein alternativer Ansatz wird von Magna Petra entwickelt, der die Gasgewinnung gegenüber dem traditionellen Abbau bevorzugt. Ihre patentierte Technologie besteht darin, die Mondoberfläche mechanisch zu stören, um Helium-3 in Form von Gasfahnen freizusetzen, was eine energieeffizientere Sammlung ermöglicht. Jeffrey Max, der Leiter des Unternehmens, erklärt, dass diese Methode weniger Infrastruktur benötigt und bereits bei Erkundungsmissionen ab 2027-2028 getestet werden könnte. Eine Partnerschaft mit dem japanischen Unternehmen ispace zielt darauf ab, diese Ambitionen zu verwirklichen.
Die zukünftigen Missionen werden aktiv vorbereitet. Interlune plant, bereits im Dezember eine multispektrale Kamera auf den Rover FLIP von Astrolab zu schicken, während Magna Petra mit Intuitive Machines für Mondlander zusammenarbeitet. David Lawrence, Physiker am APL-Labor, weist jedoch auf die Schwierigkeiten der Kartierung hin und schlägt vor, dass die Detektion von Titan im Ilmenit als indirekter Indikator für Helium-3-Konzentrationen dienen könnte. Diese technologischen Fortschritte könnten die Grundlage für eine nachhaltige Weltraumwirtschaft legen.
Helium-3 und seine Anwendungen
Helium-3 ist ein seltenes Isotop des Heliums mit zwei Protonen und einem Neutron, im Gegensatz zum gewöhnlichen Helium-4, das zwei Neutronen besitzt. Seine Seltenheit auf der Erde erklärt sich durch sein geringes Vorkommen in der Atmosphäre und seine Abwesenheit in Erdgasvorkommen.
Im medizinischen Bereich wird Helium-3 in der Magnetresonanztomographie der Lunge verwendet, was eine Visualisierung der Lungenbelüftung mit unübertroffener Genauigkeit ermöglicht. Forscher untersuchen auch sein Potenzial für die Früherkennung von Atemwegserkrankungen.
Für die Kernfusion könnte Helium-3 als Brennstoff in fortschrittlichen Fusionsreaktoren dienen und dabei weniger radioaktiven Abfall produzieren als Reaktionen mit Tritium. Diese Anwendung erfordert jedoch bedeutende technologische Fortschritte in der Beherrschung von Fusionsreaktionen.
Seine Rolle in der Kryogenie ist besonders wichtig für Quantentechnologien, wo es ermöglicht, Temperaturen unter 2 Kelvin zu erreichen, eine wesentliche Voraussetzung für das Funktionieren von Supraleitern und Quantenprozessoren.
Der lunare Regolith
Der lunare Regolith ist eine Schicht aus unverfestigten Materialien, die die Mondoberfläche bedeckt, mehrere Meter dick und zusammengesetzt aus Staub, Gesteinsfragmenten und mikroskopischen Gläsern, die durch Meteoriteneinschläge gebildet wurden.
Seine Entstehung ist das Ergebnis von Milliarden Jahren Bombardement durch Mikrometeoriten und kosmische Strahlung, die das ursprüngliche Mondgestein pulverisiert haben. Dieser Prozess hat eine Schicht aus extrem feinem und abrasivem Staub geschaffen.
Die Zusammensetzung des Regoliths variiert je nach Mondregion, mit höheren Titankonzentrationen in den Mondmeeren. Ilmenit, ein titaniumreiches Mineral, zeigt eine besondere Affinität dazu, Helium-3-Partikel aus dem Sonnenwind einzufangen.
Neben den potenziellen Ressourcen stellt der Regolith technische Probleme für die Exploration dar: seine pulvrige Beschaffenheit kann Geräte verstopfen und seine elektrostatische Eigenschaft lässt ihn an Raumanzügen und Fahrzeugoberflächen haften.