Entwicklung in situ-Produktionstechniken

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Offline EM

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Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« am: 10. Januar 2009, 14:03:10 »
Die Mondprojekte der NASA und auch die künftigen Marsprojekte (v.a. die Projekte von mars direct) gehen davon aus, dass die Rohstoffe vor Ort (in situ) zur Gewinnung von Treib-, Sauer- oder Rohstoffen verwendet werden.

Wie weit ist man mit der Erforschung dieser in-situ-Produktionstechniken?
Wäre dies ein Betätigungsfeld für die europäische Raumfahrtindustrie (Entwickeln und Bereitstellen automatischer, kompakter in-situ-Produktionsanlagen)?

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Offline Schillrich

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #1 am: 10. Januar 2009, 14:06:25 »
Hallo,

so ähnlich sehe ich das auch als möglich Perspektive, ähnlich wie wir es jetzt mit der ISS machen:

Europa wird keinen eigenen Zugang zum Mond haben (auf absehbare Zeit), kauft sich aber als Komponenten- und Systemlieferant ein. Das geht natürlich nur, wenn man uns "rein lässt".
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Offline EM

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #2 am: 10. Januar 2009, 14:29:10 »
Hallo Schillrich

Ich befürchte ebenso, dass Europa nicht fähig und willens sein wird, einen eigenen bemannten Zugang ins All und somit auch zum Mond aufzubauen. Ohne bewusste Änderung der Strategie werden uns  Länder wie Indien, Japan, später vielleicht auch Brasilien oder Iran hier überholen. Klar würde ich mich gerne positiv von einer andern Entwicklung überraschen lassen.

Die Entwicklung der Vor-Ort-Produktionstechniken wäre aber auch für sich allein betrachtet ein sehr interessanter Bereich.

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Offline Schillrich

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #3 am: 11. Januar 2009, 20:11:07 »
Weil ich mich auch gerade ein wenig mit diesem Thema beschäftige:

Welche Nutzungsmöglichkeiten des Mond-Regoliths gibt es? Was kann man aus ihm gewinnen? Was kann man aus den Abbauprodukten herstellen?

Und:
Wo kann man das mal belegen und nachlesen?
« Letzte Änderung: 11. Januar 2009, 20:11:23 von Schillrich »
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Offline tomtom

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #4 am: 11. Januar 2009, 20:20:27 »
Hi,

das interessiert mich auch. Ich hatte schonmal auf www.irsuinfo.com hingewiesen.

Das Material der letzten Konferenz Okt08 liegt unter:
http://www.lpi.usra.edu/meetings/leagilewg2008/presentations/index.shtml
Europa ist da auch vertreten, man scheint aber eher an unbemanntes Logistikmodul und Roboter (Fahrzeuge) interessiert zu sein.

Ich vermag aber nicht zu beurteilen, was da geht und was nicht. Vieles versucht man ja erstmal auf der Erde.

tomtom
Im Zweifel hilft die Such-Funktion:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?action=search

Kreuzberga

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #5 am: 11. Januar 2009, 20:25:22 »
Kennst du schon diese NASA-Seite? http://isru.msfc.nasa.gov/

Gibt zumindest einen ganz guten Überblick. Am interessantesten ist dort wahrscheinlich diese Studie über die Herstellung von Sauerstoff, Silizium und verschiedenen Metallen mittels Elektrolyse von geschmolzenen Oxiden (>8 MB): http://isru.msfc.nasa.gov/lib/Documents/PDF%20Files/NASA_TM_06_214600.pdf

Und aktuell hat gerade eine studentische Arbeitsgruppe der Virginia Tech einen Preis für die Entwicklung der Herstellungsmethode eines Baumaterials basierend auf Regolith und Aluminiumpulver gewonnen. Siehe z.B. hier: http://www.moondaily.com/reports/Lunar_Rock_Like_Material_May_Someday_House_Moon_Colonies_999.html

@tomtom: Der erste Link in deinem Post funktioniert nicht.
« Letzte Änderung: 11. Januar 2009, 20:37:22 von Kreuzberga »

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Offline EM

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #6 am: 12. Januar 2009, 21:23:48 »
@ Schillrich: Zu einer Nutzungsmöglichkeit aus Mondregolith:

In der immer noch lesenswerten und gut bebilderten Time Life-Bücherreihe "Reise durch das Universum" ist im Band "Die Raumfahrer" von 1990 auf S. 70 ff der Abbau von Titaneisenerz Ilmenit beschrieben, um Sauerstoff zu gewinnen.

Dabei reagiert Ilmenitpulver mit Wasserstoff, das hierzu hochgebracht werden muss, nachher aber wiederaufbereitet werden kann. Laut Beschreibung ist im Ilmenit die Bindung der Sauerstoff- und Eisenatome relativ schwach. Deshalb können Wasserstoffatome mit Sauerstoff neue Bindungen eingehen.

Der gleiche Vorgang (bei einer Temperatur von 1000 Grad) ist auch in Kosmos Report, Energie vom Mars, Kapitel "Sauerstoff vom Tranquillatis", S. 86 ff beschrieben.

Interessant auch die Beschreibung der Verwendungsmöglichkeiten von Mondmaterial in http://www.permanent.com/l-index.htm

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Offline tomtom

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #7 am: 12. Januar 2009, 21:44:49 »
Korrektur: http://www.isruinfo.com/
(Sry, verschrieben.)
Im Zweifel hilft die Such-Funktion:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?action=search

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Offline Schillrich

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #8 am: 12. Januar 2009, 22:09:59 »
Zitat
@ Schillrich: Zu einer Nutzungsmöglichkeit aus Mondregolith:

In der immer noch lesenswerten und gut bebilderten Time Life-Bücherreihe "Reise durch das Universum" ist im Band "Die Raumfahrer" von 1990 auf S. 70 ff d

Gott! Das Buch habe ich ...  ::) :o
« Letzte Änderung: 12. Januar 2009, 22:10:13 von Schillrich »
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knt

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #9 am: 17. Januar 2009, 19:59:26 »
Wofür man das Regolith verwenden kann, hängt ja zunächst einmal von der Zusammensetzung des Gesteins zusammen ;)

Calcium (Ca), Aluminium (Al), Silicon (Si), Oxygen (O),       Iron (Fe), Magnesium (Mg), Titanium (Ti) sind wohl recht häufig in den Mineralen zu finden. Vorallem Aluminium, Calcium und Iron scheint es in Mengen zu geben:



http://en.wikipedia.org/wiki/Moon_rock
http://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_soil

Viel wichtiger ist aber was fehlt - Kohlenstoff zum Beispiel: http://www.lunar-base.net/informationenzummond.php

Die Exosphäre besteht zu etwa gleichen Teilen aus Helium, Neon, Wasserstoff sowie Argon.
« Letzte Änderung: 17. Januar 2009, 20:17:33 von knt »

gorgoyle

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #10 am: 17. Januar 2009, 22:29:55 »
Wenn ich mit meiner Entstehungsgeschichte richtig liege ist Carbon sogar noch seltern als Wasser(-stoff).  Das heißt Eisen kann nur als Weicheisen in der Elektrotechnik genutzt werden.  Das heißt, daß für Stahl ein Ersatz-Material genutzt werden muß.  Ich empfehle da Silizium und Titan.  Die wichtigste Legierungsbestandteil für Titan ist afaik Aluminium.  Da auf dem Mond nur die Resourcen genutzt werden können die es gibt bzw. auch bekannt sind, sollte man schauen, welche Titan-,Aluminium-, Magnesium- und Silizium-Legierungen man aus den Resourcen fertigen.  Eisen für die Elektrotechnik ist sehr wichtig! Aber Eisen als Kohlenstoff-armer Stahl  wird als Baustoff von einer guten Aluminium-Legierung locker geschlagen.  Ich denke Silizium macht da das rennen, aber auch Titan wird gute dienste leisten.  Schneidstoffe, welche zumeist aus gesinterten Keramiken bestehen, erhalten durch eine TitanOxid -Bedampfung eine höhere Standzeit.  Ich kenne mich mit Titan-Knetlegierungen nicht gut aus, aber denke daß solche auch mit Magnesium legiert werden können, denn Titan und Magnesium entmischen sich nur in der Schmelze.

Das Sodium bzw Natrium vorhanden ist, nenne ich eine gute Nachricht!
Damit sind auf dem Mond vermutlich alle Resourcen vorhanden, um Natrium-Dampflampen zu produzieren. Deren Licht wird von Pflanzen gerne in der Wachstumsphase "genommen". Für die Reife ist es weniger leistungsfähig als Halogen-Metalldampflampen. Für letztere fehlen vermutlich die Halogene.  Aber wer weiß was alles unter dem Regolith verborgen ist.  Hat man schon mal eine Kalium-Dampflampe gebaut?  Dessen Licht dürfte ähnlich aber keinesfalls gleich einer NatriumDampfLampe sein.

Vll. sollte man einen Mond-Metallurgischen Thread öffnen?
Mich interessieren die möglichen Legierungen aus den in der Abbildung oben aufgeführten Metalle.  Weiß jemand, ob man schon einmal Eisen als Legierungsbestandteil versucht hat?
« Letzte Änderung: 17. Januar 2009, 22:32:25 von gorgoyle »

knt

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #11 am: 18. Januar 2009, 00:08:56 »
Wäre auf jedenfall interessant zu erfahren welche Materialien/Halbzeuge man mit diesen Elementen herstellen kann - Chemie ist leider garnicht mein Ding.

Ich denke es würde vieles vereinfachen, wenn man sich erstmal auf die (schweren) mechanischen Teile beschränkt und davon ausgeht das sämtliche Elektronik - besonders Micro-Elektronik geliefert wird.

Crest

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #12 am: 19. Januar 2009, 13:07:53 »
In der Januar-Ausgabe von GEO habe ich heute eine Kurznachricht gelesen, die zu diesem Thema passt. Eine Arbeitsgruppe der NASA (wenn ich mich richtig erinnere, im Goddard Space Center) entwickelt gerade einen Prototypen zum Schmelzen von Mondregolith.

Ziel ist es, mit robotischen Fahrzeugen durch das Aufschmelzen des Mondbodens feste, zumindest annähernd staubfreie Flächen für Landeplätze und später auch Straßen zu schaffen.

Der Prototyp schafft im Augenblick 13 cm² pro Minute, also nicht gerade viel. Leider wurde auch nicht gesagt, wie dick diese Schicht ist. Die Hitze stammt von Sonnenlicht, das gebündelt und auf einen Punkt konzentriert wird.

René

gorgoyle

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #13 am: 19. Januar 2009, 13:56:52 »
Das hört sich schon mal gut an.  Wäre auch gut zu erfahren, mit welcher Licht-Kollektorfläche dieses erreicht wird.

Mit der Methode, per Prisma das Licht nach Leistung zu "sortieren" und für höhere Temperaturen höhere Frequenzen zu benutzen, bzw. mit "rot" vorzuheizen und "UV" zu schmelzen könnte bestimmt einige cm²/min mehr aus der Technik herausholen. Ich schätze so auf 20cm²/min.

Was man nicht weiß:  Welche Lichtverhältnisse/Quelle/Leistung wurden für die 20mm²/sec genutzt?  Im Erdorbit reicht 1sec direktes Sonnenlicht aus um einen Sonnenbrand zu kriegen.  Wenn man also optimistisch schlechte Annahmen über die Lichtleistung annimt, könnten also vll ermutigende Geschwindigkeiten erreicht werden.
« Letzte Änderung: 19. Januar 2009, 14:08:33 von gorgoyle »

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Offline EM

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #14 am: 22. Januar 2009, 18:54:44 »
Werden in-situ-Produktionstechniken in der Ausbildung an den Hochschulen mit raumfahrttechnischer Abteilung überhaupt behandelt? Wenn nicht, wäre dies ein Thema für einen entsprechenden Lehrstuhl?


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Offline roger50

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #16 am: 22. Februar 2009, 01:43:21 »
N'abend,

EM
Zitat
Eine eigentliche Ausrichtung oder Spezialisierung auf in-situ-Produktionstechniken habe ich nicht gesehen und gibts hier wohl auch noch nicht.

Nein, die gibt es wirklich noch nicht. Der Knackpunkt bei allen diesen Überlegungen ist der Transport, bzw. der Transportpreis.

Aber wie knt im Diagramm von Antwort Nr.9 zeigt, enthält der Mondstaub relativ viel Sauerstoff, Silizium und Aluminium.
Schon in den späten 70ern und frühen 80er Jahren des letzten Jahrhunderts hat man überlegt, diese relativ leicht zu gewinnenden Rohstoffe zu nutzen. Sauerstoff läßt sich zusammen mit Al als Treibstoff nutzen, aus Silizium lassen sich Solarzellen herstellen und aus Al alleine Strukturen. Die Idee dahinter war, Solarkraftwerke (SSPS) aus Mondrohstoffen zu bauen und sie von dort aus in den GEO zu bringen. Das geht energetisch vom Mond aus leichter als von der Erde.  ::)

Gruß
roger50

runner02

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #17 am: 22. Februar 2009, 09:43:23 »
Mondsolarzellen im Erdorbit...
Noch eher weit entfernt.

Aber Sauerstoffgewinnung sollte schon bald möglich sein, wenn die Nasa genug geld / der neue Administrator genug Hirn hat.
Dabei fallen stoffe an wie Eisen, auf das man langfristig zurückgreifen wird.

Die Frage ist nur: Wenn man atmet verbraucht man Körpersubstanz. Man hat zwar Sauerstoff genug. Aber wen man das Kohlendioxid der Atmung in den Weltraum blasen würde (Abfallanihilierung, Amerikanische tradition) dann müsse man die Nahrung immer importieren...

Auf die Dauer wäre das nicht günstig - es entzieht auch der Erde Kohlenstoff und wenn wir das über die Jahrzehnte benutzen auf hunderten anderen Planeten und Monden geht er vlt mal zur Neige...

Wie hoch stehen die Chancen für zukünftige Treibhäuser auf dem Mond??




Auf jeden fall schließe ich mich der Aussage von Zubrin an, dass man nur mit In-Situ Produktion effektive Raumfahrt betreiben kann (Am Mond geht ja das Konventionelle noch).

Man muss die Rohstoffe nützen, wie sie Einheimische nutzen würden.

Wenn bei den Entdeckungszügen in Amerika die Forscher ihre ganze Nahrung mitgenomen hätten, hätten sie hunderte esel-gezogene Wagen gebraucht. Die Esel hätten über die lange Reise wiederrum viel gefressen, man hätte noch mehr mitnehmen müssen auf neuen Wagen mit neuen Eseln...

GG

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #18 am: 22. Februar 2009, 13:43:27 »
Rohstoffe bzw. gefertigte Artikel vom Mond oder von Asteroiden zu nutzen macht in Zukunft extrem viel Sinn. Man kann auf atmosphärenlosen Himmelskörpern nämlich bereits am Boden auf zweite kosmische Geschwindigkeit beschleunigen. Dazu könnte man kontaktfreie elektromagnetische Beschleunigungsbahnen nutzen. Kein Treibstoff, "nur" Energie.

GG
« Letzte Änderung: 22. Februar 2009, 13:44:14 von GG »

knt

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #19 am: 22. Februar 2009, 19:41:48 »
Zitat
Kein Treibstoff, "nur" Energie.
In Hinblick auf die Energie möchte ich anmerken, das man reiche Helium-3 vorkommen auf dem Mond vermutet (kennt?). Helium-3 eignet sich besonders gut zur Energieerzeugung per Fusion.

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Offline Schillrich

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #20 am: 22. Februar 2009, 21:31:38 »
... wenn denn Kernfusion endlich technisch und "wirtschaftlich" funktioniert. Da liegt noch Grundlagenarbeit vor uns.
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Offline EM

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #21 am: 08. April 2009, 20:03:23 »
Einen gewaltigen Schub in der Entwicklung von insitu-Produktionstechniken könnten auch künftige Weiterentwicklungen im Bereich der Nanotechnik bringen.

Ich habe hier mal eingie interessante Links dazu zusammengestellt, was da alles noch kommen kann.

http://de.wikipedia.org/wiki/Nanobot

http://de.youtube.com/watch?v=KUszJhHEXtE&feature=related

http://de.youtube.com/watch?v=E9VVdQTe7OI&NR=1

http://de.youtube.com/watch?v=9yuTM_EOtHY&NR=1   allg.

http://www.ch-forschung.ch/index.php?artid=303

http://www.welt.de/print-welt/article432850/Der_Quantenantrieb_fuer_Nano_Roboter.html

https://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,355690,00.html    Würfelroboter, der sich selber reproduziert

http://www.spiegel.de/netzwelt/web/0,1518,91328,00.html

knt

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #22 am: 11. April 2009, 23:28:34 »
Immer wenn ich von den Segnungen der Nanobots höre erinnere ich mich an die Tales of Future Past und bin mir in einem ganz sicher: Es kommt anders als man denkt.

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Offline EM

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #23 am: 12. April 2009, 10:42:30 »
Jemand sagte einmal, dass man sich die nächste Zukunft immer mit zu grossen Veränderungen vorstelle. In mittleren und längeren Zeiträumen geschehen dann aber wirklich grosse Neuentwicklungen, die unverhersehbar waren.

Künftige In-situ Produktion könnte eine Kombination von Nanotechniken (z.B. zur Produktion von einfachen elektronischen Teilen) und Basisindustrie (kleine Erzaufbereitung, Herstellung von kleinen Stahlteilen, etc.) sein.

Mögliches Anwendungsbeispiel:
Produktionsanlage auf dem Mars, bestehend aus Sammlerfahrzeug, Schmelzofen, Drahtproduktion. Der Sammler sammelt die eisenhaltigen Hämatitkügelchen ein und bringt sie zum Schmelzofen. Dort werden sie eingeschmolzen und anschliessend werden Drähte oder Stäbe (Antennen) produziert. Anschliessend verteilt der Sammler diese Antennen über eine grosse Fläche samt Verkabelung. So entsteht ein grosses Radioteleskop, ohne dass die Hardware zum Mars gebracht werden musste.

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Offline Schillrich

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Re: Entwicklung in situ-Produktionstechniken
« Antwort #24 am: 13. April 2009, 11:14:35 »
Hallo EM,

warum ein Radioteleskop auf dem Mars? Das wäre doch eher Verschwendung der hart erarbeiteten Ressourcen. Die ersten abgebauten Ressourcen sollte man für Aufbau und Betrieb einer Basis nutzen/speichern.
Ein großes Radioteleskop mach auf der Rückseite des Monds Sinn, um dort von der Erde abgeschirmt zu sein, und ohne Atmosphäre.
\\   //    Grüße
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